從20世紀90年代到現(xiàn)在，二十多年的時間里，3D打印技術從剛剛誕生，普及成為了大家在作品集創(chuàng)作階段十分常用的表現(xiàn)形式。科技發(fā)展改變我們認知方式和生活習慣的速度是很快的，對于設計行業(yè)來說尤為如此，大家需要對科技保持一定的敏感度。
所以，4D打印技術了解一下？
4D打印是由自組裝實驗室，Stratasys和Autodesk合作開發(fā)的一項新技術，于2013年被首次提出，是指由3D技術打印出來的結構能夠在外界激勵下發(fā)生形狀或者結構的改變，直接將材料與結構的變形設計內置到物料當中。
它簡化了從設計理念到實物的造物過程，讓物體能自動組裝構型，實現(xiàn)了產(chǎn)品設計、制造和裝配的一體化融合。旨在重新構想建筑、制造、產(chǎn)品組裝和產(chǎn)品性能。
簡單理解4D打印物體就是由3D打印技術制造的，不受任何外力作用而可以發(fā)生變化的物體。4D打印技術雖然現(xiàn)在對于我們來說尚不熟悉，但是在未來它會不會也像3D打印一樣逐漸融入我們生活，在多個領域發(fā)揮它獨特的作用呢？當4D打印普及到一定程度，它對我們的設計有怎樣的影響？未來的設計和作品趨勢會不會由此產(chǎn)生顛覆性的轉變？
以及，對現(xiàn)階段的作品集而言，能有什么樣的啟發(fā)和應用？
01 4D打印的概念
4D打印實際是由3D打印來實現(xiàn)的。如果將3D打印理解為是無數(shù)個2D圖形由底部至頂層的逐層累加，直到創(chuàng)建3D體積的過程，那么相比于3D打印的技術性，智能材料就是4D打印的核心所在。
在材料方面，4D打印所需要的是帶有記憶功能的特殊智能材料，現(xiàn)常使用的有水凝膠或“形狀記憶聚合物“。刺激反饋比如遇水變形、遇光變色等是4D打印材料的基本屬性之一。
4D打印技術的優(yōu)勢在于可以混合打印不同種類的材料， 使其按照設計好的方式排列在一起，從而使打印出的物體實現(xiàn)不同方式的形態(tài)變化。比如下圖所示的折疊結構物品，就是由4D打印，在遇水時可以按照材料的記憶性自動恢復為編程好的形態(tài)的試驗。
4D打印的流程，圖源wiiboox.net
圖源shejipi.com
MIT解釋4D打印概念，來源YouTube
02 4D打印的意義與發(fā)展
就像當初3D打印的出現(xiàn)改變了人們對造物的看法，那么4D打印的發(fā)明的意義在于它改變了我們對物體存在狀態(tài)的認知。
4D打印產(chǎn)物的可變化性，讓我們可以用動態(tài)的眼光來看待物體；甚至于用“設計生命”的理念去設計人造物體。
每一個物件都可以依舊需求而自己產(chǎn)生變化，進行調整和修復，就像是人工制造的生態(tài)系統(tǒng)，節(jié)省大量的人工成本和物料成本，讓我們身處一個更為有機的動態(tài)低能耗世界。
比如現(xiàn)在的地下水管需要依舊需求量來決定使用的管粗，當需求量出現(xiàn)變化需要更換管道時就需要把厚重水管從地下挖出再換上新的，耗費大量成本和時間內，但4D打印可以通過感知水速來自行改變形狀來控制水流大小并進行自我修復。相應的原理也可以應用于醫(yī)療、航空等領域，提升效率減少不必要的勞動。
4D打印水管，來源YouTube
03 4D打印對于設計和作品集的影響
科技發(fā)展對于人類的影響是巨大的，它改變我們的認知方式和生活習慣；對于設計行業(yè)來說尤為如此，當下藝術與科技之間的界限不斷被打破，技術對設計的影響也表現(xiàn)得尤為明顯。
4D打印看似遙遠，但它其實與你密切相關。當一項技術發(fā)展到一定階段就會出現(xiàn)技術下沉，意味著制作成本的降低和技術可復制性的提高，一項技術發(fā)展愈成熟，它的下沉范圍就越廣，使用成本也越低廉。
回望1986年3D打印剛剛面世的時候，它僅是服務于少數(shù)人的前沿科技存在，而現(xiàn)在，大多數(shù)同學們的作品集從大型3D建模打印，小到便捷的3D打印筆，已經(jīng)將3D打印技術“拉下神壇”，成為了一項日常化的技術。那么以此為基礎，我們不妨來設想一下在不遠的將來，4D技術可以如何影響設計，我們的作品集項目可以做哪些相關的探索。
- 4D打印從技術層面提升設計實現(xiàn)度
關于設計中的動態(tài)效果，早已有來自不同領域的設計師進行了探索，比如時尚設計師Chalayan 2006年的時裝系列，通過三件衣服在形態(tài)上的變化來呈現(xiàn)30年的歷史。服裝整個變形的過程非常的復雜，這也是Hussein Chalayan和數(shù)位機械大師共同努力的成果，在每個模型裙邊的下面是由倫敦的工程和概念創(chuàng)建公司2D3D設計的計算機系統(tǒng)。
現(xiàn)在回頭來看，這一設計視覺效果使用4D打印技術實現(xiàn)是不是要便捷精巧許多？而且其實我們經(jīng)常使用的一些設計手段很多都可以用4D打印的方式來實現(xiàn)，諸如BMW和MIT合作的液態(tài)充氣結構可以瞬間膨脹。因此從想法實現(xiàn)上來說，4D打印讓設計更方便實現(xiàn)，即使沒有像知名設計師一樣的豐富資源，也同樣可以讓設計落地。相應地，設計與藝術，也會普及到更多的人群。
Chalayan 變形服裝原理裝置
- 4D打印為問題解決型話題帶來更多實現(xiàn)手段和探索方向
技術與理念是相輔相成的關系，一項技術的進步會為設計領域帶來難以想象的飛躍。4D打印的動態(tài)變化性可以彌補很多當前技術無法達到的空白，為實際問題解決類為設計思路的方向提供更多的探索方向。
比如Nicole Hone以智能和仿生為概念的Nomadic cleaner項目，該項目通過4D打印技術模擬制造了很多“生物體“，這些生物體體會對緩解水質污染起到作用，相比于當下通過化學或機械凈化水源的方式，這些可以自行伸張的“生物體”是幫助創(chuàng)建新的智能系統(tǒng)以挽救水生生命的一個良好開端，從審美上也提供來一種獨特而有趣的可能性。
在生物工程師的幫助下，這個項目在未來幾年中可能會繼續(xù)發(fā)展并完全發(fā)揮實質性作用。由這個例子我們可以看出，4D打印技術對于現(xiàn)實性問題的解決有著不容小覷的現(xiàn)實性意義。
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- 非定向性創(chuàng)意產(chǎn)生,學科限制減小
服裝設計需要會打板，紡織品設計需要懂鉤織工藝，建筑需要懂得材料構造……而4D打印的出現(xiàn)從本質上顛覆了物體的制造方式和相應工藝，并且產(chǎn)物可以無限形狀和材料。
這也就意味著，懂得計算機4D打印技術的人，可以無限跨學科進行設計，相應地，個人定制化的產(chǎn)品也應運而生。人們可以不再依賴于專業(yè)設計師，而可以依據(jù)編程自行創(chuàng)造新興事物。專業(yè)之間的高墻逐漸走低。4D操作的的便捷性和無限性也將造就新的藝術媒介，設計師可以在未知的情況下最高效地進行探索，進行隨機制作和組合，這樣非定向的試驗方式來促成創(chuàng)意。
diy 4D打印配飾，圖源vimeo.com
總結來說，在設計領域4D打印使得：
- 1.設計概念實現(xiàn)更便捷，創(chuàng)意實現(xiàn)也不再局限于少數(shù)掌握資源的人，
- 2.將創(chuàng)造更多具有實用性價值的設計，改變世界的運作系統(tǒng)和實現(xiàn)物體更多的存在方式
- 3.學科間的界限愈發(fā)模糊，藝術與科技將做到有機統(tǒng)一地融合，從而實現(xiàn)對資源應用效率的極大提升。
新的技術實在改變我們對世界的認知方式同時提供給我們創(chuàng)新的工具。在未來，4D技術之于設計的應用是超乎想象且無法預估的。雖然4D打印還未普及，但要時刻保持對當下發(fā)展趨勢的敏銳度及好奇心才能創(chuàng)造出突破性的創(chuàng)新。
就像是在4D打印技術被發(fā)明出的七年前，為Chlayan實現(xiàn)變形衣技術的研究員的一段話：
- 你認為變形服裝是時尚的未來嗎？
- 我不是時裝設計師，所以從設計的角度來看我真的不能發(fā)表評論。 但是從技術上我認為這是很有可能的。比如當下雨時你不必伸手去拉遮雨的帽子……因為它會對水做出相應的反應，再比如遮陽板也會自動掉下來保護眼睛。
在當初看來只是美好景愿的設想，正是當下4D打印可以實現(xiàn)的技術。因此，4D打印對設計領域來說并不是未來，而是現(xiàn)在。對于有志于世界名校的大家來說，提早了解前沿知識，為設計開拓思路是有必要的，做到真正的創(chuàng)新，做好準備迎接劇變的未來。
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