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 摘要：3D打印是一個前景廣闊的全新領(lǐng)域，而生物材料也是一個新興產(chǎn)業(yè)，我當(dāng)時感覺兩個新產(chǎn)業(yè)的碰撞必然會誕生新的商業(yè)機(jī)會。4D打印即在3D的基礎(chǔ)上增加“時間”維度，讓物體具備“記憶功能”一種聚乳酸配方，要求是在特定溫度和壓力下聚乳酸必須在規(guī)定的時間內(nèi)降解為乳酸，讓3D打印有了時間的維度！聚乳酸優(yōu)越性：一是打印過程中，它不會像ABS 塑料線材那樣釋放刺鼻的氣味；二是變形率小，僅是ABS 耗材的1/5 到1/10。

3D打印還沒正式走上康莊大道，4D打印的概念悄然浮出水面。何謂4D打印？研究者提出，在3D的基礎(chǔ)上增加“時間”維度，讓物體具備“記憶功能”。2013年，《福布斯》科技先鋒將焦點(diǎn)聚焦在推動先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用的先進(jìn)材料及相關(guān)領(lǐng)跑者身上。4D打印也正是這些領(lǐng)跑者所追求的的。以下分享一下《福布斯》的報(bào)道原文：

3D打印方興未艾，來自麻省理工大學(xué)建筑學(xué)系的蒂比茨（SkylarTibbits）便在今年美國TED（技術(shù)、娛樂、設(shè)計(jì)）大會上提出了“4D打印”的概念。他將一根帶有關(guān)節(jié)的3D打印復(fù)合材料長繩扔進(jìn)水中，長繩便如變形金剛般神奇地自動變形為事先設(shè)計(jì)好的形狀。為3D 打印的物體添加“時間”緯度，讓物體變得擁有“記憶功能”，從而在特定條件刺激下可以自動組裝為預(yù)先設(shè)定的形態(tài)，這便被稱為“4D 打印”。人們希望這一“自動組裝”的技術(shù)未來可以改變制造業(yè)。

“實(shí)現(xiàn)4D打印的關(guān)鍵在于運(yùn)用帶有記憶功能的材料，”深圳光華偉業(yè)實(shí)業(yè)有限公司董事長楊義滸說，“目前我們正與合作伙伴共同開發(fā)帶有記憶功能的生物心臟支架。” 在楊義滸看來，4D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用更具實(shí)際價(jià)值。傳統(tǒng)的心臟支架通常由記憶金屬制成，在通過血管被置入設(shè)定的位置后，自動撐開承擔(dān)擴(kuò)張血管通道的使命。然而，金屬支架的問題在于無法降解。也就是說，除非人為將支架取出，它將永遠(yuǎn)留在體內(nèi)，由此帶來的并發(fā)癥和因長久停留對人體造成的不利影響可以想象。

“生物心臟支架的最大優(yōu)勢在于生物材料的生物相容性、可降解性和材料自身的記憶功能，而我們要做的是對材料精確控制，使之在一定的外部條件（比如溫度、壓力）下，恢復(fù)預(yù)設(shè)的形態(tài)。”楊義滸解釋說。以生物心臟支架為例，當(dāng)支架在身體外部時，它可能看起來是一個實(shí)心的細(xì)條，而進(jìn)入身體后在體溫的刺激下就變成了可以撐開的空心支架。一段時間以后，當(dāng)涂抹了藥物的支架完成擴(kuò)張和疏通血管的使命后，便在血液中自動降解。“我們還可以通過不同種類生物材料的復(fù)合，來控制生物介入物的降解速度，”楊義滸強(qiáng)調(diào)，“它們是很好的臨時性人體植入材料。”

成立于2002 年的深圳光華偉業(yè)實(shí)業(yè)有限公司，是中國最早涉足生物材料領(lǐng)域的企業(yè)之一，目前其生物高分子聚合物材料和生物溶劑的年產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到萬噸級規(guī)模，年?duì)I業(yè)收入超過億元。在用于3D打印的可生物降解耗材聚乳酸（PLA）、環(huán)保生物溶劑乳酸酯等新興生物材料應(yīng)用領(lǐng)域，光華偉業(yè)處于全球領(lǐng)導(dǎo)者地位。“從整體規(guī)模來看，我們不是行業(yè)第一，但在一些高附加值的新興市場，我們通過技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新建立了穩(wěn)固的市場地位。”楊義滸頗為驕傲地說。

興起于上世紀(jì)90年代末的生物材料產(chǎn)業(yè)目前仍處于發(fā)展早期。當(dāng)人們意識到石油資源日益緊缺枯竭，便希望通過環(huán)保可再生的生物原料作為石油產(chǎn)品的替代物。然而，由于成本、技術(shù)、市場需求等各種因素的限制，這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展舉步維艱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球生物材料的總產(chǎn)能大約為60萬到80萬噸，其中真正能夠替代石油的生物高分子聚合物材料的產(chǎn)能不超過20 萬噸，北美地區(qū)占全球產(chǎn)能的3/4 以上。

“ 我們是一家民營企業(yè)，如果按照產(chǎn)業(yè)自然淘汰的方式發(fā)展，可能還沒有開發(fā)出任何產(chǎn)品，就已經(jīng)被市場淘汰了，”楊義滸說，“所以從一開始，我們就在尋找可以撬動這個產(chǎn)業(yè)的高附加值細(xì)分市場。” 2002年，當(dāng)楊義滸跨入生物材料領(lǐng)域創(chuàng)業(yè)時，原油價(jià)格還只有每桶20 多美元，“今天的油價(jià)已經(jīng)超過100美元，所以生物高分子材料在成本上已經(jīng)具備了與工程塑料、功能性塑料競爭的條件，但與通用塑料相比，仍然缺乏成本競爭力。”

今年45歲的楊義滸是一位經(jīng)歷豐富、頗具學(xué)者思維的企業(yè)家。1988 年從北京大學(xué)哲學(xué)系畢業(yè)后，他回到家鄉(xiāng)湖北，在湖北省石油化工廳做了10年公務(wù)員。在此期間，他攻讀工商管理碩士學(xué)位。完成學(xué)業(yè)后，希望將書本知識運(yùn)用于實(shí)踐的他主動請纓到企業(yè)做管理，僅用4年時間他就讓一家處境艱難的國有農(nóng)資企業(yè)起死回生，銷售收入從起初的750萬元增加到了過億元。

不過，國有企業(yè)的管理經(jīng)歷讓他對國企的產(chǎn)權(quán)制度產(chǎn)生了懷疑：“產(chǎn)權(quán)不明晰，猶如將一座高樓建在沙灘上，你建得越高，可能垮塌得越快。”楊義滸說。2001年，楊義滸南下深圳做起了風(fēng)險(xiǎn)投資。但一年多后，他對“不斷尋找新項(xiàng)目、更注重短期投資”的風(fēng)投行業(yè)失去了興趣，“我更喜歡和擅長專注于做一件事情，”楊義滸說，“這件事情最好能結(jié)合我此前在化工行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)。”創(chuàng)業(yè)成了楊義滸的不二選擇。

“生物高分子材料將引發(fā)高分子材料的革命。”楊義滸看中了生物材料領(lǐng)域。不過，當(dāng)時他并不知道到底什么時候生物材料才能與石油制品抗衡，“行業(yè)專家告訴我，只有當(dāng)原油價(jià)格漲到每桶70美元以上時，生物材料產(chǎn)業(yè)才可能被啟動。”楊義滸決心做業(yè)界先鋒，從生物材料的相關(guān)價(jià)值鏈做起。

于是，他開始做乳酸貿(mào)易。“乳酸是生物高分子材料聚乳酸（PLA）的基礎(chǔ)原料，我們從貿(mào)易開始有多重好處：搭建團(tuán)隊(duì)和營銷網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)入生物材料價(jià)值鏈，以及帶來企業(yè)生存所需要的現(xiàn)金流，以貿(mào)易帶來的現(xiàn)金流支持研發(fā)。”楊義滸總結(jié)道。這一思路為光華偉業(yè)贏得了長久發(fā)展的時間和機(jī)會，公司成立第二年便實(shí)現(xiàn)盈虧平衡，第3 年開始盈利。

在做貿(mào)易的同時，楊義滸開始研發(fā)聚乳酸的規(guī)模化生產(chǎn)。他想起在國有企業(yè)做管理期間曾經(jīng)了解到武漢大學(xué)做聚乳酸的研究，于是給武漢大學(xué)當(dāng)年負(fù)責(zé)項(xiàng)目研發(fā)的教授打電話，教授的回復(fù)是：“成果早已出來，鎖在抽屜里已經(jīng)兩年了！” 楊義滸隨即將教授請到深圳。然而，當(dāng)楊義滸投入30 多公斤乳酸原料，結(jié)果卻只生產(chǎn)出幾克聚乳酸原料時，他有些哭笑不得。“教授證明了他的方法是對的，但對于規(guī)模化生產(chǎn)來說，這樣的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果幾乎沒有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。”楊義滸笑著說。

非專業(yè)出身的楊義滸親自參與到了研發(fā)。當(dāng)他了解到按照教授的方法，制備聚乳酸失敗的主要原因是由于壓力達(dá)不到設(shè)定條件時，他的哲學(xué)轉(zhuǎn)化思維幫他找到了解決問題的途徑。“溫度和壓力是可以相互轉(zhuǎn)化的，壓力達(dá)不到時，可以調(diào)整溫度來滿足反應(yīng)條件。”楊義滸解釋說，于是他讓研發(fā)人員通過調(diào)試溫度來反復(fù)測試。“最終試驗(yàn)成功了，50公斤乳酸原料做出了近30公斤聚乳酸原料。”

掌握了規(guī)模化聚乳酸生產(chǎn)方法的楊義滸并沒有急于投資建設(shè)生產(chǎn)基地。“我們當(dāng)時連聚乳酸的市場在哪里都不知道，為了發(fā)現(xiàn)市場，我們用了‘釣魚’的方法。”楊義滸幽默地說。他將聚乳酸產(chǎn)品放到了自己創(chuàng)辦的生物材料電子商務(wù)平臺上，時刻關(guān)注有哪些客戶詢盤。“用戶的詢盤千奇百怪，有醫(yī)學(xué)的、餐飲的、紡織品的，其中相當(dāng)多的應(yīng)用完全出乎我們的想象。”但楊義滸并不準(zhǔn)備進(jìn)入與傳統(tǒng)塑料競爭的低附加值市場。

2005年，楊義滸意外接到了來自英國一家石油公司的采購需求：他們希望開發(fā)一種聚乳酸配方，要求是在特定溫度和壓力下聚乳酸必須在規(guī)定的時間內(nèi)降解為乳酸，但沒有透露用途。根據(jù)客戶要求，楊義滸開發(fā)的兩種聚乳酸配方被選中。熱衷探究的楊義滸在順利做成生意后并沒有就此結(jié)束，他找到中國石油專家共同探討聚乳酸因何會與石油勘探發(fā)生聯(lián)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)聚乳酸用于石油開采末期，不但可以幫助提高采油效率，而且解決了此前高分子材料填充暫堵帶來的環(huán)境污染問題。找到答案后，楊義滸對中國的石油勘探企業(yè)做了主動營銷，試驗(yàn)結(jié)果非常理想。如今，聚乳酸的解決方案已經(jīng)被石油開采者用到了新疆、四川等地的油田。

幾年的商業(yè)和技術(shù)積累為楊義滸規(guī)模化投產(chǎn)聚乳酸奠定了基礎(chǔ)，但他仍然對聚乳酸市場的成熟度有所擔(dān)憂，真正讓楊義滸認(rèn)準(zhǔn)聚乳酸規(guī)模化投產(chǎn)時機(jī)的是3D打印。2007年，楊義滸接到網(wǎng)上聚乳酸線材的網(wǎng)上詢盤。“當(dāng)時并沒有3D打印的說法，客戶只是說需要聚乳酸的線材做‘焊接’（welding），我們原本以為用它來‘焊接水管’，一番探究后發(fā)現(xiàn)原來它們被用作三維打印耗材。”

“3D打印是一個前景廣闊的全新領(lǐng)域，而生物材料也是一個新興產(chǎn)業(yè)，我當(dāng)時感覺兩個新產(chǎn)業(yè)的碰撞必然會誕生新的商業(yè)機(jī)會。”楊義滸說。2007 年，楊義滸在湖北孝感投資建設(shè)聚乳酸的工業(yè)化生產(chǎn)線，第二年投產(chǎn)。

事實(shí)上，楊義滸的進(jìn)入引起了全球3D打印耗材市場的不小震蕩。“我們進(jìn)入時，歐美市場的耗材價(jià)格大約在每公斤100 美元，而我們給經(jīng)銷商的價(jià)格是每公斤160元人民幣，幾年來整個市場一直跟隨我們在降價(jià)，”楊義滸說，“如今，我們最早的一批海外客戶已經(jīng)從當(dāng)年一次采購幾十公斤，發(fā)展到現(xiàn)在一次采購幾噸貨物了。”

“要讓生物材料具備競爭力，絕不能再單純依賴消費(fèi)者對其環(huán)保特性的眷顧，而要憑借生物材料自身獨(dú)有的性能贏得市場。”楊義滸說。在3D打印耗材的研發(fā)程中，楊義滸就發(fā)現(xiàn)聚乳酸之所以受到使用者的青睞得益于生物材料本身的兩大特性：一是打印過程中，它不會像ABS 塑料線材那樣釋放刺鼻的氣味；二是變形率小，僅是ABS 耗材的1/5 到1/10。“變形率會直接影響物體打印的精度，用變形率大的耗材來打印大件物體時可能就會將平面打印成曲面了。”楊義滸解釋說。

然而，聚乳酸作為3D 打印耗材也有其天然的劣勢。比如，打印出來的物體很脆，抗沖擊能力不足；又如，聚乳酸的耐高溫性較差，物體打印出來后在高溫環(huán)境下就會直接變形等等。面對這些問題，楊義滸建立了專門的材料改性研發(fā)中心。“每當(dāng)客戶對材料提出新要求時，我們就會加以分析，看看是否這些要求代表了普遍的市場需求。”

幾年來，楊義滸的團(tuán)隊(duì)在聚乳酸3D打印耗材的改性成果卓越。他們不但研發(fā)出10多種不同色彩的3D聚乳酸耗材，而且有效提升了耗材的抗沖擊性能、耐熱性能、防火性能等等。“最近我們還在研發(fā)可以導(dǎo)電的3D生物打印材料，因?yàn)榭蛻籼岢鲆盟鼇泶蛴‰娐钒濉！碧岬竭@些有趣的想法和創(chuàng)新，楊義滸興奮不已。今年8 月，湖北生產(chǎn)基地聚乳酸3D打印耗材的生產(chǎn)線已經(jīng)由3條增加到了8條。“目前處于滿負(fù)荷生產(chǎn)，供不應(yīng)求的狀態(tài)。”楊義滸稱。

已經(jīng)將生物高分子材料廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、紡織、石油、水處理、3 打印領(lǐng)域的楊義滸還在不斷開發(fā)新市場。楊義滸發(fā)現(xiàn)聚乳酸材料用于印刷時的色彩還原度極好，而中國又是各種卡片的生產(chǎn)大國，這兩者的結(jié)合可能是另一個前景廣闊的市場。他甚至把自己的名片也換作了PLA 材料制作。據(jù)楊義滸透露，他們目前已經(jīng)與歐洲某著名制卡公司合作，開發(fā)基于生物高分子的卡基材料。可能不久的將來，我們生活中的照片相紙、戶外廣告都將由生物材料替代。

“我們必須保持開放式創(chuàng)新的心態(tài)，這樣才能時刻把握市場脈搏，挖掘潛在高附加值的生物材料應(yīng)用大市場。”楊義滸說。

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