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少谈些概念 多解决问题:4D 打印为时尚早

发布时间:2019-04-25 05:15 来源:未知 编辑:admin

  一根看似普通的线条轻轻放入水中,随着时间的变化,奇迹发生了:线条慢慢推移、旋转、改变,经过一系列的盘曲折叠,最终形成正四面体的形态。神奇的是,完全没有外接设备参与这一切。几个月前,在美国加州长滩市举办的娱乐和设计大会(TED)上,来自美国麻省理工学院的建筑系讲师斯凯拉·蒂比茨展示了“梦幻”的 4D 打印技术,当这些看似电影特技的自动变形桥段真切地展现在人们面前时,它毫无悬念地收获了全世界的惊叹与艳羡。

  而后不久,在大洋彼岸的中国,几只“准 4D 打印概念股”也同样梦幻般地上演了一出“蝴蝶效应”。在同一天内,法尔胜、圣莱达、博威合金、西部材料、博云新材等个股均强势涨停,其原因是上述厂家能够生产和销售“镍钛”记忆合金、具有自主知识产权的粉末冶金复合材料产品,或是拥有稀有金属复合材料等领域多件专利。

  3D 打印方兴未艾,4D 打印横空出世,是概念炒作,还是前瞻探索?在接受本报记者采访时,业内人士指出,从全球专利布局来看,目前有关 4D 打印专利文献还很少,受当前 3D 打印机、打印材料以及技术成熟程度等因素影响,4D 打印仍停留在研发阶段,尚不具备大规模应用的可能,4D 打印技术从飘在云端的概念到真正实现产业化,也有赖于复合材料等相关技术的快速发展。

  当飓风来临时,管道可以变得更利于排水,当洪峰过去后,管道又缩回原来的大小;在地质灾害频发的地区,管道可以弯曲、变形,甚至可以自我组装和修复——你是否也想拥有这样神奇的管道?

  在娱乐和设计大会上,4D 打印的华丽登场,确实为诸如“建造收缩自如的排水管道”这样貌似不切实际的想法提供了技术支撑。一位业内人士在接受本报记者采访时介绍,所谓 4D 打印技术,就是在传统 3D 打印的概念中加入了“时间”元素,被打印物体可以随着时间的推移而在形态上发生自我调整。按照设想,该技术可以被应用到家具、汽车、医疗等领域,但由于技术复杂,目前仅能实现打印“可以自动变形的条状物体”。

  先进的技术理应受到“追捧”,由于 4D 打印概念涉及变形材料,很多人可能由此想到了“记忆合金”等相关技术,法尔胜、圣莱达、西部材料等个股一度强势涨停。法尔胜公司与美国佩尔科技合资设立法尔胜佩尔材料科技公司,生产和销售“镍钛”记忆合金;圣莱达公司则以 7983 万元投资高精度钛镍合金记忆式温控器自动化生产线技改扩产项目;西部材料公司则是承继了西北有色金属研究院金属复合材料、难熔金属和贵金属业务研发力量,拥有多件稀有金属复合材料相关专利。

  美丽的误会也导致了企业的不安,今年 2 月 28 日晚间,西部材料与薄云新材均发布澄清公告,表示公司业务并未涉及“4D 打印领域”,也未从事“4D 打印材料研发”,为热切的市场泼了一盆劝之理性思考的冷水。

  专家指出,现在发展的 3D 打印是可以想象的 x、y、z 三方向的直观立体,而所谓 4D 打印并非新技术,只是在原来基础上使用特殊材料。对于市场来说,4D 打印受到如此热捧,有关商家更应该远离概念炒作,业界更应该理性思考。没有技术根基的 4D 打印,即便能够让股市短时亢奋,但最终可能只是空中楼阁,留下盲目跟风者的一片叹息。

  可自动修复“破洞”的牛仔裤,真空中“平板”放置,受外力刺激后会自动变形成沙发的家具,随着外部环境变化而产生形变的输水管道……像科幻小说一样的情节着实让人们着迷,4D 打印究竟新在何处?

  目前对于 4D 打印的可编程材料,各方众说纷纭,但主要存在两种观点。一种观点认为,4D 打印需依托记忆合金,由于这种合金在外力作用下会产生变形,当把外力去掉,在一定的温度条件下,能恢复原来的形状;另一种观点认为,4D 打印材料并非记忆合金,原因在于 4D 打印的理念是让物体如机械般“自动”创造,而不是先设定好物体然后再制造。

  记者以“4D 打印”为关键词在中文专利数据库进行专利检索,尚未发现直接与之相关的专利文献。记者又以“可编程材料”以及与之接近的“变形分子”和包括生物薄膜在内的“合成生物”为关键词进行检索,发现中文专利数据库没有与变形分子相关的记录,而与生物薄膜相关的专利有 48 项。记者在外文专利全文库中检索发现,与变形分子相关的仅有 2 项,与生物薄膜相关的有数千项。在国内、国外专利数据库检索获得的与自组装相关的可编程材料专利约有数十项,且大部分是用于 DNA 或纳米结构等微观领域。

  一位业内专家经过专利检索后告诉记者,在与 4D 打印有关的自组装技术方面,全球专利数量接近 1 万项,而具体在分子自组装技术方面,在中国专利数据全文库检索“分子自组装”获得的结果接近 1000 项专利,在外文专利全文库中检索“Molecular/biomolecular self-assembly”(分子/生物分子自组装),所得结果超过 1000 项;记忆金属方面,在中国专利数据全文库检索“记忆金属”或“形状记忆”获得相关结果 300 余项,而在外文专利数据库的文献数量也有数百项。

  上述专家认为,从全球专利布局来看,目前有关 4D 打印专利文献还很少,涉足 4D 打印的企业更是少之又少,“4D 打印还只停留在概念领域,欲谈产业化发展,还为时尚早”。

  “饭要一口一口吃,路要一步一步走。”南京紫金立德电子有限公司总裁连宁告诉记者,就目前来看,3D 打印技术产业化经营才刚刚起步,4D 打印受到如此热炒,不仅不会对技术发展带来帮助,反而会产生负面影响。

  “4D 打印不过是 3D 打印技术庞大家族中的一个极小分支,目前还看不出有多大工业价值。”有 18 年增材制造研究经历的“长江学者特聘教授”、西北工业大学凝固技术国家重点实验室主任黄卫东告诉记者,“以为 4D 打印一定比 3D 打印高明,可能是因为不了解 3D 打印的技术原理。”

  数据显示,2012 年我国 3D 打印市场规模约 5 亿元人民币,占全球 3D 打印市场规模的 1/20,专家预计,未来 3 年中国 3D 打印市场规模有望突破 100 亿元人民币,成为全球最大市场。

  然而,美好的机遇面前也存在着发展隐忧,国内 3D 打印行业的发展还面临着诸多问题。黄卫东告诉记者,我国增材制造技术科研实力并不低于欧美等发达国家,但科研单位与企业间缺乏有效沟通,未能形成产学研一体化的良好机制;另一方面,真正从事数字化增材制造的研究人员还十分有限,研究团队力量尚显不足。

  不仅在研发机制上存在问题,在 4D 打印最为重要的材料方面,现有 3D 打印的技术储备也存在软肋。中国 3D 打印网主编周智勇在接受本报记者采访时坦言,材料的限制使 3D 打印的价格居高不下,快速成型产业在和传统制造业竞争时体现不出明显优势,“国内 3D 打印企业及科研单位亟待加强对新材料的研发”。

  “无论是 3D 打印,还是 4D 打印,耗材昂贵都是制约其发展的重要问题,为促进快速成型产业发展,相关部门应与企业、市场需求形成合力。”北京华科恒业有限公司总经理房彦彬在接受本报记者采访时表示。

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