【导读】4D打印技术，就是在3D打印的基础上增加一个“时间”的纬度，可以为制造业、商业、医疗健康等众多方面带来颠覆式变革。

在我们刚刚开始有点了解3D打印并为之惊叹的时候，如今的科学界已经开始思考4D打印将如何改变这个世界。

什么是4D打印

我们最为熟知的概念中普遍存在的是2D，也就是在平面上打印，比如打印个文件、图纸、照片之类，也就是X、Y构成的维度。而到了3D打印，通俗的理解就是在X、Y维度的基础上增加一个Z维度，就构成了三维立体。但到了4D打印，所增加的维度不再是X、Y、Z所构成的立体维度，而是在这些维度之外所增加的时间维度。

所谓4D打印技术，就是在3D打印的基础上增加一个“时间”的纬度。所有物体都因时间而存在，物体形状改变也需要时间。4D打印融入了时间，也就是表示4D打印就是打印出可以随时间变化而改变的物体。3D打印是预先建模再打印出成品，而4D打印的逻辑，是把产品设计通过3D打印机嵌入可以变形的智能材料中，在特定时间或激活条件下，无需人为干预，也不用通电，便可按照事先的设计进行自我组装。

4D打印的应用前景

从科幻世界走入现实生活的4D打印，将给我们的生活带来哪些改变？又将给包括工业、农业、商业等人类社会的各领域发展带来怎样的深远影响？

1.4D打印实现工业制造集约化。我们可以通过工业4.0或3D打印，将产品由批量化生产向定制化制造转移；而在此基础上发展出来的4D打印，则可以在更高层次上解决产品自行组装的问题，并且增加产品自行创意变化的环节。

3D打印技术的出现，对于帮助解决一些复杂结构的设计有了更为直接的帮助，包括让一些结构部件变得更轻盈、更结实，但无法实现应对于外力环境变化而自我驱动变化。4D打印技术的运用，将可以满足不同环境的变化。比如运用4D打印技术的飞机，在面临特定环境变化时可以实现自我分解，以最为理想的状态给乘客提供保护；在航天方面也能为人类更深入地探索宇宙奥秘提供更大的便利。

同样，对于日常的工业领域而言，4D打印技术将彻底改变当前制造与商业的业态形式；同时还将简化工业制造中的繁琐环节，将浪费降到最低，实现能源利用最大化。

2.大幅降低制造成本并取代人工组装成本。不论是现代制造技术，还是基于工业4.0、中国制造2025的新制造技术，对于生产复杂或者个性订制产品来说，制造和组装成本都是偏高的，甚至还会随着部件的复杂程度同比例上涨。而在4D打印技术支持下的产品制造，部件与产品本身结构的难易程度将变得不再重要。因为通过对整体产品不同部件进行的一体化打印，以及可变形自组装将让组装成本化整为零，由此最大幅度地降低产品的生产制造成本。

4D打印的产品部件，将不再需要厂家或用户自行组装。厂商根据用户的需要，将所制造的产品运送到指定地点放置好后，用户在需要的时候直接给予介质触发，打印物就会实现自动组装，这就取代了当前依赖人力进行组装搭建或拆解的方式，人力成本也将由此得到释放。

3.4D打印为人体派驻癌症疫苗。借助3D打印技术进行一些器官、肢体打印并与患者有效匹配，已经在医学领域被证实应用的可行性。尤其对于一些相对骨质的肢体，应用3D打印技术更是不在话下；对于一些软组织器官，3D打印技术的应用也在不断尝试中。

在3D打印技术发展的基础上，4D打印将进一步升级脑洞思维、开阔视野格局。甚至，人类对于4D打印的最具颠覆性技术应用，将不是局限于器官、肢体的打印，而是人体细胞的打印。通过打印这些纳米级与人体细胞类似的药物细胞，将相对应的癌细胞病毒设置为介质触发源，然后将其注射到人体内环境。那么，当这些4D打印的“人体卫士”细胞在体内巡逻时，一旦遇到癌细胞就能触发形变，实现点对点的药物释放，从而将癌细胞病毒消灭，并随人体代谢排出体外。

4D打印在该方面的应用，或许将成为人类战胜癌症的一条有效技术通道。由此以后，人类体内将常驻“人体卫士”——癌症疫苗，时刻监测着体内环境的癌细胞变化，彻底杜绝癌症病变的机会。同样，对于人类所接触的一些未知病毒，也可以借助于4D打印技术以疫苗的形式注射进人体进行预防。

4.推动私人订制向私人工厂迈进。在3D打印技术以前，私人个性化订制几乎不太可能，我们所有的消费只能基于工业批量化生产而进行。对于制造商而言，他们需要通过对不同零部件及其供应链的整合，从而进行大规模的工业化、标准化、自动化生产来降低成本，提升企业效益，因此很难满足个性化需求。但到了3D打印时代，满足消费者的个性化需求将成为生产制造的基本要求，甚至根据用户的喜好进行私人订制也不再是什么问题。

4D打印出现后，其所改变的将不再只是私人订制的问题，而是让每个消费者都可以实现自定义工厂、自主化生产。也就是说，未来我们要选用冰箱，将不再是直接购买一台庞大的冰箱回家，而只需要购买核心的关键部件，甚至连关键部件都可以自己定义到4D打印机上进行打印，通过不同种材料的打印之后，让其在我们需要的时候，进行自动连接并组装成为我们所设想和需要的那台冰箱。当然，在我们的需求出现变化的时候，例如我们需要更大的冷冻空间，或要将闲置的保鲜空间缩小，那么冰箱将会自动为我们触发组装，并自我调整空间大小以适应我们的需求。

这与私人订制存在的最大区别是，我们不仅可以表达自己的想法、构建自己的生活，还可以借助于4D打印技术在家里定义属于自己的创新“工厂”。

5.创新速度将被进一步驱动。传统工业制造所面临的一个问题，就是从产品立项到开发到上市销售，通常需要经历一个漫长的周期，短则半年，长则数年。因为这中间牵涉到批量制造的稳定性、模具的制造与寿命等，而这些问题都在不同程度上制约了产品创新的时间周期。

4D打印技术的出现与运用，不仅可以让我们的想法将被快速打印，而且可以将多种可能的修正要素预设在打印的材料方案中。由此在物品初打印成型之后，我们可以根据自己的想法驱动它实现自我变形、完善、修正，这对于追求创新、个性、差异化的人群而言无疑是一件极具意义且妙不可言的事情。

而且，这些个人想法的快速实现将大大缩短创新的时间长度；对于传统的工业化企业而言也是如此。或许在不久的将来，因为4D打印技术的运用，传统工厂所出售的将不再是产品，而是多年沉淀的技术与服务。用户通过购买其技术能力与制造经验，以协助自己根据想法创新产品。

6.4D打印将颠覆传统商业模式。随着4D打印技术的到来、成熟与普及，我们现在以整体物件销售为主的模式将得到颠覆，一些关键零部件都将以配件的方式存在于各种商超之中。用户所购买的也将不再是已有的产品固态，而是根据自己的想法购买相应的关键部件，然后将其与所打印的部件进行连接，有效实现“独一无二”的创意需求。

由此所带来的商业模式改变将会是巨大的。一方面，当前以销售整体产品为主的商场、超市，未来或将以提供4D订制打印服务与技术支持服务为主，不再以实际整体产品的销售形式存在；另一方面，一些从事于创意工作的人群，将通过为消费者提供创意设计，并为其提供4D打印服务而获得商业价值；此外，还会催生出以零部件供应为主的各种小型连锁商场、超市。同时，基于4D打印技术运用而带来的新商业模式，还会对宜家这种以创意设计销售为主，尚需要用户自行组装完成产品的商业模式来说，也将会是一种颠覆，因为4D打印出来的产品将不再需要组装。

7.知识产权的监管备受挑战。如同3D打印的应用一样，4D打印也在存在着“双刃剑”的问题。比如，4D打印可以轻而易举地打印出枪支器械、毒品、药品等诸多原本难以想象的物品；甚至DIY的药物生产，还将打破制作药物和化合物相对统一和一致的配方，它容许人们设计和生产自己的药物和强力化学品。这无疑将成为监管部门的噩梦。

此外，就如同现在3D打印面临着的争议一样，如何鉴定4D打印在复制拥有版权的产品设计时的知识产权问题？尤其，4D打印的产品还能自我变化，进一步增加了取证的难度。

关于4D打印的知识产权，或许我们可以打一个这样的比方，它就好比小朋友玩积木，搭出来什么东西就是什么东西。但是在这样的情况下，又有谁能说自己搭出来的东西是专利，具有知识产权，而别人就不可以也搭出同样或者差不多的东西吗？或许这时候，关于专利、知识产权的话题，可以顺势转移到积木上，而非积木的搭法。

3D打印机从构想到广泛应用于生产和生活中只用了20年的时间，4D打印目前在军事、医疗等领域已经展开了探索。相信不久的将来，4D打印将如当前的3D打印一样走入我们的生活。（作者单位为北京林业大学）