從20世紀(jì)90年代到現(xiàn)在，二十多年的時(shí)間里，3D打印技術(shù)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(rèn)知方式和生活習(xí)慣的速度是很快的，對于設(shè)計(jì)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(shù)了解一下？
4D打印是由自組裝實(shí)驗(yàn)室，Stratasys和Autodesk合作開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，于2013年被首次提出，是指由3D技術(shù)打印出來的結(jié)構(gòu)能夠在外界激勵下發(fā)生形狀或者結(jié)構(gòu)的改變，直接將材料與結(jié)構(gòu)的變形設(shè)計(jì)內(nèi)置到物料當(dāng)中。
它簡化了從設(shè)計(jì)理念到實(shí)物的造物過程，讓物體能自動組裝構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和裝配的一體化融合。旨在重新構(gòu)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(shù)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(shù)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(lǐng)域發(fā)揮它獨(dú)特的作用呢？當(dāng)4D打印普及到一定程度，它對我們的設(shè)計(jì)有怎樣的影響？未來的設(shè)計(jì)和作品趨勢會不會由此產(chǎn)生顛覆性的轉(zhuǎn)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(yīng)用？

01 4D打印的概念

4D打印實(shí)際是由3D打印來實(shí)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(shù)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(shù)的優(yōu)勢在于可以混合打印不同種類的材料， 使其按照設(shè)計(jì)好的方式排列在一起，從而使打印出的物體實(shí)現(xiàn)不同方式的形態(tài)變化。比如下圖所示的折疊結(jié)構(gòu)物品，就是由4D打印，在遇水時(shí)可以按照材料的記憶性自動恢復(fù)為編程好的形態(tài)的試驗(yàn)。

02 4D打印的意義與發(fā)展

就像當(dāng)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(rèn)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(shè)計(jì)生命”的理念去設(shè)計(jì)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(jìn)行調(diào)整和修復(fù)，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(jī)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(dāng)需求量出現(xiàn)變化需要更換管道時(shí)就需要把厚重水管從地下挖出再換上新的，耗費(fèi)大量成本和時(shí)間內(nèi)，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(jìn)行自我修復(fù)。相應(yīng)的原理也可以應(yīng)用于醫(yī)療、航空等領(lǐng)域，提升效率減少不必要的勞動。

03 4D打印對于設(shè)計(jì)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(rèn)知方式和生活習(xí)慣；對于設(shè)計(jì)行業(yè)來說尤為如此，當(dāng)下藝術(shù)與科技之間的界限不斷被打破，技術(shù)對設(shè)計(jì)的影響也表現(xiàn)得尤為明顯。
4D打印看似遙遠(yuǎn)，但它其實(shí)與你密切相關(guān)。當(dāng)一項(xiàng)技術(shù)發(fā)展到一定階段就會出現(xiàn)技術(shù)下沉，意味著制作成本的降低和技術(shù)可復(fù)制性的提高，一項(xiàng)技術(shù)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(shí)候，它僅是服務(wù)于少數(shù)人的前沿科技存在，而現(xiàn)在，大多數(shù)同學(xué)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(shù)“拉下神壇”，成為了一項(xiàng)日常化的技術(shù)。那么以此為基礎(chǔ)，我們不妨來設(shè)想一下在不遠(yuǎn)的將來，4D技術(shù)可以如何影響設(shè)計(jì)，我們的作品集項(xiàng)目可以做哪些相關(guān)的探索。

• 4D打印從技術(shù)層面提升設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)度

關(guān)于設(shè)計(jì)中的動態(tài)效果，早已有來自不同領(lǐng)域的設(shè)計(jì)師進(jìn)行了探索，比如時(shí)尚設(shè)計(jì)師Chalayan 2006年的時(shí)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(fù)雜，這也是Hussein Chalayan和數(shù)位機(jī)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(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

現(xiàn)在回頭來看，這一設(shè)計(jì)視覺效果使用4D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)是不是要便捷精巧許多？而且其實(shí)我們經(jīng)常使用的一些設(shè)計(jì)手段很多都可以用4D打印的方式來實(shí)現(xiàn)，諸如BMW和MIT合作的液態(tài)充氣結(jié)構(gòu)可以瞬間膨脹。因此從想法實(shí)現(xiàn)上來說，4D打印讓設(shè)計(jì)更方便實(shí)現(xiàn)，即使沒有像知名設(shè)計(jì)師一樣的豐富資源，也同樣可以讓設(shè)計(jì)落地。相應(yīng)地，設(shè)計(jì)與藝術(shù)，也會普及到更多的人群。

• 4D打印為問題解決型話題帶來更多實(shí)現(xiàn)手段和探索方向

技術(shù)與理念是相輔相成的關(guān)系，一項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步會為設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來難以想象的飛躍。4D打印的動態(tài)變化性可以彌補(bǔ)很多當(dāng)前技術(shù)無法達(dá)到的空白，為實(shí)際問題解決類為設(shè)計(jì)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(xiàng)目，該項(xiàng)目通過4D打印技術(shù)模擬制造了很多“生物體“，這些生物體體會對緩解水質(zhì)污染起到作用，相比于當(dāng)下通過化學(xué)或機(jī)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(dú)特而有趣的可能性。
在生物工程師的幫助下，這個項(xiàng)目在未來幾年中可能會繼續(xù)發(fā)展并完全發(fā)揮實(shí)質(zhì)性作用。由這個例子我們可以看出，4D打印技術(shù)對于現(xiàn)實(shí)性問題的解決有著不容小覷的現(xiàn)實(shí)性意義。

• 非定向性創(chuàng)意產(chǎn)生,學(xué)科限制減小

服裝設(shè)計(jì)需要會打板，紡織品設(shè)計(jì)需要懂鉤織工藝，建筑需要懂得材料構(gòu)造……而4D打印的出現(xiàn)從本質(zhì)上顛覆了物體的制造方式和相應(yīng)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(jì)算機(jī)4D打印技術(shù)的人，可以無限跨學(xué)科進(jìn)行設(shè)計(jì)，相應(yīng)地，個人定制化的產(chǎn)品也應(yīng)運(yùn)而生。人們可以不再依賴于專業(yè)設(shè)計(jì)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(shù)媒介，設(shè)計(jì)師可以在未知的情況下最高效地進(jìn)行探索，進(jìn)行隨機(jī)制作和組合，這樣非定向的試驗(yàn)方式來促成創(chuàng)意。

總結(jié)來說，在設(shè)計(jì)領(lǐng)域4D打印使得：

• 1.設(shè)計(jì)概念實(shí)現(xiàn)更便捷，創(chuàng)意實(shí)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(shí)用性價(jià)值的設(shè)計(jì)，改變世界的運(yùn)作系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)物體更多的存在方式
• 3.學(xué)科間的界限愈發(fā)模糊，藝術(shù)與科技將做到有機(jī)統(tǒng)一地融合，從而實(shí)現(xiàn)對資源應(yīng)用效率的極大提升。

新的技術(shù)實(shí)在改變我們對世界的認(rèn)知方式同時(shí)提供給我們創(chuàng)新的工具。在未來，4D技術(shù)之于設(shè)計(jì)的應(yīng)用是超乎想象且無法預(yù)估的。雖然4D打印還未普及，但要時(shí)刻保持對當(dāng)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(shù)被發(fā)明出的七年前，為Chlayan實(shí)現(xiàn)變形衣技術(shù)的研究員的一段話：

- 你認(rèn)為變形服裝是時(shí)尚的未來嗎？
- 我不是時(shí)裝設(shè)計(jì)師，所以從設(shè)計(jì)的角度來看我真的不能發(fā)表評論。 但是從技術(shù)上我認(rèn)為這是很有可能的。比如當(dāng)下雨時(shí)你不必伸手去拉遮雨的帽子……因?yàn)樗鼤λ龀鱿鄳?yīng)的反應(yīng)，再比如遮陽板也會自動掉下來保護(hù)眼睛。

在當(dāng)初看來只是美好景愿的設(shè)想，正是當(dāng)下4D打印可以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。因此，4D打印對設(shè)計(jì)領(lǐng)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(shè)計(jì)開拓思路是有必要的，做到真正的創(chuàng)新，做好準(zhǔn)備迎接劇變的未來。
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文章來源：轉(zhuǎn)載于知乎康石石藝術(shù)留學(xué)大拿