論4D打印技術(shù)助推文創(chuàng)產(chǎn)品記憶屬性設(shè)計(jì)開發(fā)

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)逐漸興起，融入時(shí)間維度的4D打印技術(shù)嶄露頭角。設(shè)計(jì)創(chuàng)新的新時(shí)代背景下，文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的發(fā)展、行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)如何？最新打印技術(shù)的原理和發(fā)展、4D打印技術(shù)的應(yīng)用該何去何從？本文從文創(chuàng)產(chǎn)品如何獲得新生、新技術(shù)對(duì)文創(chuàng)產(chǎn)品創(chuàng)新的影響、文創(chuàng)產(chǎn)品記憶屬性開發(fā)的意義等方面展開分析，提出將4D打印技術(shù)與文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)相結(jié)合的思路，為文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)指引新的道路。

關(guān)鍵詞：4D打印;文創(chuàng)產(chǎn)品;記憶屬性;設(shè)計(jì)開發(fā)

1 文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)

近年來，人們的生活水平不斷提升，越來越追求生活品質(zhì)，文化更加受到關(guān)注和重視，文化創(chuàng)意產(chǎn)品逐漸被公眾廣為知悉。文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)是我國新興行業(yè)，縱然有幾千年的文化底蘊(yùn)和廣闊的市場(chǎng)，大多數(shù)文創(chuàng)產(chǎn)品的創(chuàng)新之路依然曲折與艱辛。[1]文創(chuàng)產(chǎn)業(yè)是我國文化軟實(shí)力的重要標(biāo)志，也是地域文化的象征，是社會(huì)文明程度和人類審美認(rèn)知提升的產(chǎn)物。[2]首先，文創(chuàng)產(chǎn)品應(yīng)體現(xiàn)其文化價(jià)值，傳達(dá)地域文化、民族文化、歷史文化等的精神，對(duì)文化的深度挖掘與整合應(yīng)該是其設(shè)計(jì)開發(fā)的起點(diǎn)和動(dòng)力;其次，產(chǎn)品必須擁有基本的功能性和美觀性，才能吸引消費(fèi)者的注意力，文創(chuàng)產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、色彩設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)都應(yīng)符合大眾的審美觀念;最后，文創(chuàng)產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，應(yīng)結(jié)合新時(shí)代的特征，通過多種渠道加以開發(fā)，增強(qiáng)“互聯(lián)網(wǎng)+”的意識(shí)，使文創(chuàng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

故宮博物院依托自身文化底蘊(yùn)設(shè)計(jì)了一系列文創(chuàng)產(chǎn)品，許多都是成功的案例。例如，由洛可可設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)的“故宮平安貓”形象（如圖1所示）、以藏品《千里江山圖》為依托設(shè)計(jì)的水晶鎮(zhèn)尺（如圖2所示）、以藏品介紹為主題的《故宮日歷》（如圖3所示）、以后宮服飾為外觀、從紅色國寶器物提色的故宮口紅（如圖4所示）等。最近火爆的故宮口紅的設(shè)計(jì)中已經(jīng)結(jié)合了新的3D分層打印技術(shù)，新興技術(shù)在文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的作用日益呈現(xiàn)。

文創(chuàng)產(chǎn)品作為文化傳承的一種載體，踐行讓文物“活起來[3]、動(dòng)起來”的使命，將文化與大眾生活真正銜接起來。新時(shí)代下，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，國家開始重視文化軟實(shí)力建設(shè)。如何通過文創(chuàng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)，更好地完成提升文化價(jià)值、促進(jìn)文化傳播的任務(wù)，是文創(chuàng)行業(yè)文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作者們應(yīng)該重視和研究的問題。運(yùn)用新的技術(shù)是豐富文創(chuàng)產(chǎn)品、促進(jìn)文化傳承的必要手段。

2 4D打印技術(shù)的發(fā)展

2.1 從3D到4D

3D打印，又稱增材制造，出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，基于離散、堆積原理和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種方法和多種材料的形體塑造。在3D打印技術(shù)的影響下，產(chǎn)品的生產(chǎn)方式、美學(xué)屬性、造型與結(jié)構(gòu)都發(fā)生了深刻的變革。3D打印技術(shù)使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)范疇、設(shè)計(jì)觀念、設(shè)計(jì)核心問題等方面突破了傳統(tǒng)的認(rèn)知藩籬。[4]4D在3D空間三維立體的基礎(chǔ)上增加了時(shí)間維度，即隨時(shí)間變化而改變的時(shí)間性。隨著Einstein提出的“四維時(shí)空觀”不斷被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，三維空間和一維時(shí)間的時(shí)空連續(xù)區(qū)概念越來越清晰，在智能可編程材料技術(shù)、多學(xué)科性能與功能綜合的多相材料打印技術(shù)等的發(fā)展背景下，4D打印技術(shù)也初露頭角。從3D打印掀起私人訂制、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意獨(dú)特化的熱潮，[5]到4D打印進(jìn)入人們的視野，影響了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與發(fā)展。

在3D打印方興未艾之際，4D打印已悄然進(jìn)入人們的視野。4D打印是在3D打印的基礎(chǔ)上增加了第四個(gè)維度——時(shí)間，通過軟件設(shè)定模型和時(shí)間，使產(chǎn)品在相應(yīng)的時(shí)間或隨著環(huán)境的變化而自動(dòng)變形成相應(yīng)的形狀。[6]2013年2月，在美國舉行的技術(shù)、娛樂、設(shè)計(jì)（TED）大會(huì)上，麻省理工學(xué)院的研究人員Skylar Tabbis將一根含有吸水性智能材料的復(fù)合材料管放入水中，這根管子自動(dòng)扭曲變形成“MIT”字樣的形狀，這是4D打印技術(shù)的首次公開亮相。隨著4D打印技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，應(yīng)在各個(gè)領(lǐng)域結(jié)合該技術(shù)開發(fā)新的創(chuàng)意，促進(jìn)各領(lǐng)域向前發(fā)展。

2.2 4D打印的應(yīng)用發(fā)展

4D打印在記憶材料的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)師和編程人員對(duì)產(chǎn)品的深入設(shè)計(jì)，可以使產(chǎn)品做到特定條件下的預(yù)期變化。因此，4D打印下的產(chǎn)品創(chuàng)意更豐富，種類更多樣，性能更多變。運(yùn)用4D打印的隨時(shí)間改變而變形的物體將改變產(chǎn)品的屬性和工藝，開創(chuàng)產(chǎn)品的全新形式，可以想象，如果產(chǎn)品能根據(jù)環(huán)境變化重新配置，或者在出現(xiàn)故障或受損后自行修復(fù)，科幻電影《變形金剛》中的情景將成為現(xiàn)實(shí)。2017年2月，麻省理工學(xué)院的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)借助3D打印技術(shù)，在打印之后對(duì)原有物體進(jìn)行轉(zhuǎn)化，生成了一種強(qiáng)度比鋼高10倍而密度只有鋼的1/20的新型輕質(zhì)材料，使4D打印成為打印歷史上的又一個(gè)里程碑。[6]

國內(nèi)4D打印技術(shù)研究起步較早的單位有清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校。鑒于4D打印的特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域必將日益廣闊。西安交通大學(xué)的盧秉恒院士課題組，制造了金屬復(fù)合材料（IPMC）智能結(jié)構(gòu)，通過對(duì)加載電壓的控制實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)對(duì)時(shí)間變形，填補(bǔ)了只能制備片狀I(lǐng)PMC的空白，并將其應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)器械的多自由度操作臂研制。2018年，第四軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院通過與西安交通大學(xué)在4D打印技術(shù)上的合作，成功完成了一例4D打印氣管外支架手術(shù)，宣告4D打印進(jìn)軍醫(yī)療界。同年，中國香港城市大學(xué)的呂堅(jiān)教授研究組采用復(fù)合彈性體陶瓷材料，實(shí)現(xiàn)了陶瓷折紙結(jié)構(gòu)的打印和陶瓷4D打印，通過一種自動(dòng)拉伸裝置，使3D打印的基底拉伸產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，再利用預(yù)應(yīng)力的釋放，使主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形。

首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)的李巖博士在《4D打?。簤?mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)》一文中設(shè)想了4D打印在軍事領(lǐng)域、公共領(lǐng)域和醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。中國地質(zhì)大學(xué)的信辰星等論述了4D打印在可穿戴首飾服飾領(lǐng)域的運(yùn)用，提到了波士頓珠寶工作室制造的4D打印首飾和服飾，如裙子、領(lǐng)帶、項(xiàng)鏈（如圖5所示）、耳環(huán)和手鏈等。[7]而從4D打印技術(shù)的現(xiàn)狀來看，其在航空航天、生物醫(yī)療、汽車工程、柔性機(jī)器人等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景，如“翼展自適應(yīng)機(jī)翼”“可變形衛(wèi)星天線”“高生物相容性的醫(yī)療支架”“骨損傷自適應(yīng)支架”“可變形記憶合金輪胎”“智能材料汽車外形”“柔性醫(yī)療機(jī)器人”“柔性仿生機(jī)器人”等。[8]

4D打印技術(shù)的研究成為熱點(diǎn)，未來對(duì)智能構(gòu)件建模、智能材料等的研究是重點(diǎn)問題，以具體應(yīng)用需求為目標(biāo)導(dǎo)向的研究思路將推動(dòng)4D打印技術(shù)的快速發(fā)展。

3 4D技術(shù)下文創(chuàng)產(chǎn)品的市場(chǎng)前景

3.1 4D技術(shù)下文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)的新生

習(xí)近平總書記曾說“不忘歷史才能開辟未來，善于繼承才能善于創(chuàng)新”，強(qiáng)調(diào)“中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化是中華民族的‘根和‘魂”。在文化傳承、讓文物“活起來”等的引領(lǐng)和驅(qū)動(dòng)下，文創(chuàng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)越來越受到重視。對(duì)于文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)師而言，如何在開發(fā)文創(chuàng)產(chǎn)品物質(zhì)功能的同時(shí)更好地傳承文化、講述歷史，是一個(gè)值得思考的問題。

普通產(chǎn)品不僅具有物質(zhì)價(jià)值，還有精神價(jià)值，不僅要滿足功能需求，還要注重用戶體驗(yàn)。相比之下，文創(chuàng)產(chǎn)品更加側(cè)重于精神價(jià)值（文化價(jià)值），功能往往是次要的。如果使文創(chuàng)產(chǎn)品蘊(yùn)含歷史文化，也就為產(chǎn)品注入了活的靈魂，會(huì)使消費(fèi)者獲得一種全新的體驗(yàn);如果使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能傳達(dá)歷史文化，體現(xiàn)一種象征，講述生動(dòng)的故事，會(huì)使人獲得精神上的滿足。靜態(tài)的設(shè)計(jì)圍繞素材展開思考，提煉適合設(shè)計(jì)目的的設(shè)計(jì)元素，通過產(chǎn)品的造型形態(tài)向使用者傳遞思想。動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)則更像是在講故事，能讓使用者參與和互動(dòng)，隨著時(shí)間和環(huán)境的變化呈現(xiàn)不同的形態(tài)，通過連續(xù)的形態(tài)變化，故事性地講述產(chǎn)品要傳達(dá)的信息，給人以驚喜。4D技術(shù)的發(fā)展有助于動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的發(fā)展，其與文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)合將推動(dòng)文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)的新生。

在4D技術(shù)的應(yīng)用下，文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)將從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)逐漸走向成熟，解決傳統(tǒng)制造中的一些技術(shù)難題，釋放設(shè)計(jì)師的藝術(shù)設(shè)計(jì)思維，走向高端復(fù)雜工藝設(shè)計(jì)，增添文創(chuàng)產(chǎn)品的創(chuàng)意性和智能性，形成創(chuàng)意設(shè)計(jì)、技術(shù)與服務(wù)綜合的全新文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)，給傳統(tǒng)的文創(chuàng)行業(yè)帶來顛覆性的影響，提供全新的發(fā)展機(jī)遇。

3.2 文創(chuàng)產(chǎn)品記憶屬性開發(fā)的價(jià)值和意義

文物的核心價(jià)值是其具有的歷史文化價(jià)值，這個(gè)價(jià)值集中體現(xiàn)在文物能夠見證歷史、以史鑒今、啟迪后人。[9]文物具有歷史、藝術(shù)、科學(xué)三大價(jià)值，在關(guān)注科學(xué)價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值的前提下，應(yīng)更好地挖掘文物的歷史文化價(jià)值。隨著VR和AR技術(shù)的應(yīng)用，通過虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互、三維沉浸式體驗(yàn)等形式，使文物的歷史文化價(jià)值得到了一定程度的展示，拉近了人們與文物的距離。文創(chuàng)產(chǎn)品也是文物傳播歷史文化的載體之一。傳統(tǒng)文創(chuàng)產(chǎn)品多為旅游商品的形式，隨著文創(chuàng)產(chǎn)品行業(yè)的發(fā)展，其產(chǎn)品形式也逐漸多樣化，如故宮口紅等生活日用品。如何使文創(chuàng)產(chǎn)品更好地融入我們的日常生活、以更自然持續(xù)的方式與我們互動(dòng)、傳達(dá)歷史文化與精神、更好地記錄文物的發(fā)展歷史，是值得我們深思和開發(fā)的。

現(xiàn)代的生活用品，通過歷史追溯賦予產(chǎn)品生命，可以起到記錄歷史、展示歷史、傳播歷史的作用。利用4D打印技術(shù)的時(shí)間維度，開發(fā)具有記憶屬性、擁有生命的文創(chuàng)日用產(chǎn)品，是我們應(yīng)該思考和發(fā)展的方向。擁有記憶屬性的文創(chuàng)產(chǎn)品在歷史文化的傳承中能夠發(fā)揮更大的作用，產(chǎn)品本身隨著時(shí)間的變形過程就是講述歷史的過程，有助于大眾更多地了解歷史、學(xué)習(xí)歷史文化。除通過提取文化元素進(jìn)行造型設(shè)計(jì)而得的靜態(tài)敘事文創(chuàng)產(chǎn)品，借助4D打印技術(shù)的文創(chuàng)產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)方向和角度更加開闊，可以通過動(dòng)態(tài)敘事的形式優(yōu)化使用者的精神體驗(yàn)。

部分文化屬性本身就難以通過靜態(tài)的產(chǎn)品做到完整的傳達(dá)，需要通過動(dòng)態(tài)產(chǎn)品來展現(xiàn)。結(jié)合4D打印技術(shù)的產(chǎn)品本身就是動(dòng)態(tài)的，產(chǎn)品的記憶（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）屬性可以展示歷史的演變，可以進(jìn)行古今的對(duì)比。文創(chuàng)產(chǎn)品擁有了記憶，就仿佛為歷史文化插上了翅膀。博物館不是天天去，但結(jié)合日用品的文創(chuàng)設(shè)計(jì)可以天天見。擁有記憶的文創(chuàng)產(chǎn)品便擁有了生命，可以科幻式地與使用者產(chǎn)生交流互動(dòng)。在文創(chuàng)產(chǎn)品的使用中，人與產(chǎn)品經(jīng)常互動(dòng)、彼此了解，加深了文化認(rèn)識(shí)。因此，文創(chuàng)產(chǎn)品記憶屬性的開發(fā)具有極高的文化傳承價(jià)值和重要的創(chuàng)新發(fā)展意義，4D打印將是文創(chuàng)產(chǎn)品記憶屬性開發(fā)的助推器。

3.3 4D文創(chuàng)產(chǎn)品的市場(chǎng)及影響

在萬眾創(chuàng)新、日新月異的今天，創(chuàng)意成了消費(fèi)者追逐的潮流，結(jié)合新技術(shù)的創(chuàng)新文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)更能抓住新時(shí)代消費(fèi)者的心，隨時(shí)間變形的創(chuàng)新體驗(yàn)也使產(chǎn)品更具吸引力，更有消費(fèi)市場(chǎng)。4D打印的文創(chuàng)產(chǎn)品除其本身的產(chǎn)品功能外，由于其具有的記憶屬性，又使其增加了一項(xiàng)輔助學(xué)習(xí)歷史文化知識(shí)的功能，因此，在4D文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中，可以考慮面向中小學(xué)生的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)。中小學(xué)生市場(chǎng)本身就是巨大的，由此可見，4D打印新技術(shù)文創(chuàng)產(chǎn)品的市場(chǎng)將是廣闊的。

4D打印的另一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)便是對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)的影響。4D使設(shè)計(jì)師的藝術(shù)設(shè)計(jì)思維更加發(fā)散，產(chǎn)生更有創(chuàng)意性的文創(chuàng)產(chǎn)品，使產(chǎn)品更具吸引力，促進(jìn)市場(chǎng)銷售;對(duì)于影響產(chǎn)品搶占市場(chǎng)先機(jī)的生產(chǎn)周期問題，4D打印使設(shè)計(jì)者、生產(chǎn)者融為一體，實(shí)現(xiàn)了“見設(shè)計(jì)即見產(chǎn)品”，相較傳統(tǒng)“設(shè)計(jì)—試制—調(diào)整—量產(chǎn)”的生產(chǎn)流程簡化了很多，縮短了生產(chǎn)時(shí)間;生產(chǎn)成本方面，4D打印技術(shù)和材料的成本更高，但會(huì)大大減少生產(chǎn)人工成本，產(chǎn)品的創(chuàng)意價(jià)值也更高;高要求和特殊屬性的4D打印納米材料在循環(huán)性、利用性和環(huán)保性方面，較傳統(tǒng)工業(yè)材料都有所增強(qiáng)，更有助于保護(hù)環(huán)境。

隨著4D技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，文創(chuàng)產(chǎn)品中引進(jìn)4D技術(shù)將不再遙遠(yuǎn)，4D文創(chuàng)也將推動(dòng)文創(chuàng)產(chǎn)品市場(chǎng)跨越式發(fā)展。

4 結(jié)語

本文在前人相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，分析了文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，介紹了4D打印技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，通過跨學(xué)科的研究，創(chuàng)造性地提出將4D打印技術(shù)與文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)相結(jié)合的思路，從設(shè)計(jì)行業(yè)、產(chǎn)品屬性和市場(chǎng)影響等方面論述了這一研究思路的意義和價(jià)值，為文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)指出新的道路，但所提思路還不夠具體和完善，有待進(jìn)一步的深入研究。在新技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代，跨學(xué)科的新技術(shù)研究和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，有望成為一個(gè)新的研究領(lǐng)域。

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作者簡介：閆勝昝（1978—），女，河北石家莊人，博士，南京工程學(xué)院副教授，主要研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材料與工藝。