什麼是3D打印、4D打印技術?什麼是記憶合金?

　　3D打印技術簡介：

　　3D打印（3D Printing）技術，又稱“添加制造”（Additive Manufacturing）技術。根據美國材料與試驗協會（ASTM）2009年成立的添加制造技術子委員會F42公佈的定義，“添加制造”技術是“一種與傳統的材料去除加工方法相反的，基於三維數字模型的，通常採用逐層制造方式將材料結合起來的工藝，同義詞包括添加成型、添加工藝、添加技術、添加分層制造、分層制造，以及無模成型”。不過，為與現下流行的“3D”概念相契合，人們又為該技術起了一個更通俗的名字——“3D打印”，其內容涵蓋了產品生命週期前端的“快速原型”（Rapid Prototyping）、全生產週期的“快速制造”（Rapid Manufacturing），以及其他所有添加工藝、技術、系統類別和應用。“3D打印”和“添加制造”這兩種稱謂，均表示同一概念。自1984年Charles Hull制作出第一台3D打印機以來，3D打印技術歷經了近30年的發展，正逐步成為最有生命力的先進制造技術之一，其主要特點有：

　　第一，設計制造一體化。由三維模型直接驅動，在一定程度上實現了設計、制造的一體化，這是三維打印技術的一個最顯著特點。

　　第二，高度柔性。添加制造技術不受零件的形狀和結構的任何約束，使複雜模型的直接制造成為可能。

　　第三，縮短新產品的研制週期，降低研發成本。三維打印技術可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉換成真實的產品模型，從而可以對正處於設計階段的產品做出快速評價、修改及功能試驗，這樣既有效地縮短了產品的研發週期，又降低了經濟損耗。

　　3D打印原理:

　　所謂3D打印，即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基础，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印通常是採用數字技術材料打印機來實現的。這一成型過程不再需要傳統的刀具、夾具和機床就可以打造出任意形狀。它可以自動、快速、直接和精確地將計算機中的設計轉化為模型。

　　3D打印機採用分層加工，叠加成型方式來“造型”，會將設計品分為若幹薄層，每次用原材料生成一個薄層，再通過逐層疊加獲得3D實體。這一點它與噴墨打印機工作方法十分類似，3D打印是一層一層地印，而噴墨打印機是一條直線一條直線地噴，通過若幹直線的疊加形成圖像。它通過對計算機中三維軟體的識別，進行STL(三角網格格式)轉換，再結合切層軟體確定擺放方位和切層路徑，並進行切層工作和相關支撐材料的構造。

　　最後使用噴頭將固態的線型成型材料加熱成半熔融狀態之後擠出來，和支撐材料自下而上，一次一層的構鑄成最終實體。簡單地說，可以理解為軟體把物體分成若幹個橫截面，而三維打印機將這些橫截面一次一層的沉澱、堆積，最終形成我們所需的實體。

　　3D打印簡史:

　　1986年，Charles Hull開發了第一台商業3D印刷機。

　　1993年，麻省理工學院獲3D印刷技術專利。

　　1995年，美國ZCorp公司從麻省理工學院獲得唯一授權並開始開發3D打印機。

　　2005年，市場上首個高清晰彩色3D打印機Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。

　　2010年11月，世界上第一輛由3D打印機打印而成的汽車Urbee問世。

　　2011年6月6日，發佈了全球第一款3D打印的比基尼。

　　2011年7月，英國研究人員開發出世界上第一台3D巧克力打印機。

　　2011年8月，南安普敦大學工程師開發出世界上第一架3D打印的飛機。

　　2012年11月，蘇格蘭科學家利用人體細胞首次用3D打印機打印出人造肝髒組織。

　　3D打印的意義和影響：

　　以3D打印技術為典型代表的新型制造技術成為引領未來制造業變革的重要技術之一，該技術有可能從根本上改變生產組織方式。3D打印技術是通過計算機輔助設計技術完成一系列數字切片，並將這些切片的信息傳送到3D打印機上，後者採用分層加工、疊加成形，即將連續的薄型層面堆棧起來，直到一個固態物體成型。其工作原理與普通打印機基本相同，與計算機連接後，通過計算機控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。

　　新型制造技術的單個產品生產成本與大規模生產的單位產品成本的無差將颠覆傳統的規模經濟理論。大規模產品生產優勢的削弱使得中小企業甚至個體企業家變得更具有競爭力，並使集約式的生產模式向著分佈式生產的方向發展。此外，新型制造技術可以極大地釋放人的創造力和想象力，使創新經濟商業模式成為可能。一台筆記本計算機和一個3D打印機便可完成產品的制造，同時將導致勞動力成本占總成本的比例會越來越小，新興國家的低勞動力成本優勢將急劇下降。靠廉價勞動力獲得大量就業崗位的新興國家，可能又要將這些崗位拱手讓給發達國家，並改變世界?業格局。

　　3D打印技術的現狀及未來前景:

　　在過去的一年多時間裡，3D打印業界進入了高度活躍期，與3D打印相關的新聞和概念頻頻出現在公衆視野中，越來越多的中國民衆開始了解3D打印。事實上，3D打印技術和3D打印機在一些歐美發達國家的應用已經相當普遍。

　　近期全球第一本全面講述3D打印技術及其應用的圖書——《3D打印：從想象到現實》，根據多年來對3D打印技術及其產業發展的研究成果，該書作者從不同層面和角度為讀者描述了3D打印的技術原理、歷史和現狀、廣泛應用、未來前景以及困難與挑戰。根據本書介紹，我們可以從以下幾方面來理解3D打印的現狀及未來前景：

　　第一，3D打印已蔓延至日常生活的每個角落。

　　越來越多的事實表明，3D打印機已不再是設計師和科學家的專屬機器，它已經從實驗室和工廠逐漸走出來，走進學校和家庭，與我們每個普通人的生活息息相關。3D打印的衣服和鞋子已經多次出現在全球各大時裝展，3D打印的餅幹和蛋糕已經成為一些家庭餐桌上最受歡迎的小點心，3D打印的咖啡桌和個性家具頗受年輕人的喜愛，而在自行車和汽車等交通工具的設計中也越來越多地體現出3D打印元素。從小朋友的“喜羊羊”牙刷和定制玩具，到父母的立體婚紗照，再到爺爺奶奶的助聽器和義齒，3D打印讓家庭中的每個成員都感到驚喜並從中受益。正如書中所描繪的，3D打印技術正在遵循三步走的發展路線，逐漸從打印物體外形過渡到打印物體內部構成，最終發展到可以打印物體的高級功能和行為的階段，因此我們相信：在不遠的將來，每個人都可以在家中打印可通話的手機、爬來爬去的迷你機器人，以及其他新奇好玩的電子產品。

　　第二，3D打印將波及各行各業。

　　3D打印這種新式制造方法將使你的工作方式發生巨大改變，也許變得更有效率，也許變得更困難，作者針對這一趨勢在書中列舉了很多有代表性的案例。如果你是一位中學老師，當你帶著花費數小時用3D打印制作的恐龍化石或者喜馬拉雅山模型來到教室，這堂課一定會令你的學生們印象深刻；如果你是一位資深醫生，當你將帶著使用3D打印機制造的與患者身體完美匹配的骨骼或者心髒瓣膜走進手術室時，整個醫療界必定為之振奮；如果你是一位考古工作者，利用3D掃描和3D打印技術快速複製那些脆弱、不可觸碰的珍貴文物，那麼繁冗細致的考古研究工作必將事半功倍；如果你是一位藝術品設計師，使用3D打印技術實現你的設計，此時自然界中那些美妙複雜的曲線和外形都不再遙不可及，人們的審美標準也會大幅提升。然而，如果你是一位立體雕刻大師，那麼3D打印出的作品會使你自歎不如；如果你擁有一間模型制作工廠，3D打印技術極有可能使你的業務量大幅縮水。諸如此類，3D打印必將影響各行各業的工作模式，或者增強很多行業的生命力，或者導致某些行業走向消亡。

　　第三，3D打印將催生衆多新機會，同時也帶來很多新挑戰。

　　如前所述，一些傳統行業將受到3D打印技術的沖擊而逐漸萎縮，然而我們必須意識到3D打印同樣會催生大量前所未有的行業和巨大機遇。最顯而易見的機會就是，隨著廉價家用3D打印機需求的增長，其相關產業鏈（包括零配件制造、打印材料等行業）也會進入高速發展期。更重要的機會在互聯網領域，圍繞3D打印會出現越來越多的電子商務模式，例如在線3D打印服務、個人定制設計制造服務、共享3D打印模型小區以及面向雲制造的3D打印網路。與互聯網類似，移動信息平台和智能手機的普及也為某些簡單易用卻十分有趣的3D打印增值服務提供了理想的應用推廣平台。還有就是基於3D打印的實體商業模式將迅速成長，例如遍佈大街小巷和旅遊景點的3D打印店與3D打印照相館。

　　然而，我們必須認識到在3D打印創造無數新機會的同時，它也帶來了許多前所未有的挑戰：3D打印行業的人才培養問題，現有設計軟體與3D打印的不匹配問題，3D打印物品的版權和知識產權糾紛問題，以及3D打印設備和3D打印產品的質量安全問題，還有就是3D打印產品對公共安全和環境構成的威脅，等等。這些問題迫切需要3D打印業界人士、產業經濟研究者、法律工作者以及公共事務管理者通過共同努力來解決。

　　第四，3D打印將改變現有產業結構，沖擊中國經濟模式。

　　毋庸置疑，3D打印將創造新的商業模式，改變現有的產業結構，對世界經濟產生巨大影響。最近一段時間，主要發達國家紛紛開始佈局，陸續出台了相關政策和投資發展計劃，大力發展3D打印產業，旨在佔領新工業革命的前沿陣地。美國總統奧巴馬在2013年2月“國情咨文”中多次提及3D打印，並籌劃建立3D打印國家創新中心，旨在提升美國制造業的競爭力。從歐美各國最新的太空探索計劃中，也可以看到對3D打印技術相關專案的巨額資助。

　　同時應該指出，3D打印技術將會給中國產業經濟帶來一些直接的負面影響。首先，隨著中國制造業勞動力成本上漲，基於3D打印技術和互聯網平台的全球雲制造模式將體現出更廉價、更快捷並且更綠色環保的優勢，這將有可能部分取代現有的中國制造模式。其次，3D打印的廣泛應用使得整個產品研發過程都可以在企業內部進行，這將使研發週期縮短並且很好地保護了設計?案。然而，對於大量依靠模仿而生存且缺乏原創設計力量的中國微小企業來說，這無疑是一個沉重的打擊。令人欣慰的是，在中國北京、西安、成都和武漢等城市，政府已經陸續開始著手對3D打印相關產業進行佈局和規劃，從設備研發、軟體設計、材料制備和技術服務等衆多環節全面鼓勵發展3D打印產業，相信中國能夠把握此次制造業轉型改革機遇，成為世界3D打印產業強國。

　　綜上所述，3D打印時代已經到來，我們的生活、工作以及思考方式都會為之改變，世界經濟產業格局也將受其影響。因此我國必須及早謀劃，更好應對，以免被動落後。

　　4D打印技術（4D Printing）:

　　4D打印就是在傳統3D打印的概念中加入了“時間”元素，被打印物體可以隨著時間的推移而在形態上發生自我調整。

　　4D打印技術將可以應用到家具、自行車、汽車等的制造甚至是醫療領域。不過，由於譯碼的步驟非常複雜，所以目前4D打印技術還只能“打印”可以自動變形的條狀物體。

　　麻省理工學院4D打印研究小組的成員也在接受媒體採訪時表示，目前來看，受到3D打印機、打印材料以及技術成熟程度等因素影響，4D打印技術仍停留在研發階段，尚不具備大規模應用的可能，短期盈利前景並不看好。

　　雖然4D打印仍然處在鏡花水月之中，但A股市場的炒作對其卻毫不吝啬。2013年3月，幾只“準4D概念股”也突飛猛進，在同一天內，法爾勝［2?40%資金研報］、聖萊達［2?14%資金研報］、博威合金［2?71%資金研報］、西部材料、博雲新材［2?01%資金研報］均強勢漲停，而這些個股就是首批4D打印概念股。

　　記憶合金(Memory Alloys):是一種原子排列很有規則、體積變為小於0?5%的馬氏體相變合金。這種合金在外力作用下會產生變形，當把外力去掉，在一定的溫度條件下，能恢復原來的形狀。由於它具有百萬次以上的恢復功能，因此叫做“記憶合金”。作為一類新興的功能材料，記憶合金的很多新用途正不斷被開發。例如，用記憶合金制作的眼鏡架，如果不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱，就可以恢復原狀。不久的將來，汽車的外殼也可以用記憶合金制作。如果不小心碰癟了，只要用電吹風加加溫就可恢復原狀，既省錢又省力，很是方便。

本文摘自《第三次工業革命與當代中國》

---

　　由“改革開放30年‘中國教育風雲人物’”，著名學者週洪宇先生領銜執筆，本書以知識點解讀方式對廣大讀者進行第三次工業革命的概念普及。對第三次工業革命進行了系統的解讀，從概念、理論、政府、企業、產業、社會、教育、生活、大衆等多方位展開，每個闆塊又依次細化，網羅了第三次工業革命的內涵以及外延的所有節點，對各個層面的問題作了全面的梳理和系統地解答，並著墨探讨第三次工業革命對當代中國發展進程的促進作用，旨在實現中國夢。