2.2 4D打印与3D打印的联系
4D打印尽管在打印材料、打印方式和打印产品等方面表现出了与3D打印完全不同的特性，但其与3D打印又存在着紧密的联系。二者之间的联系主要表现在两个方面，如图2-28所示。
图2-28 4D打印与3D打印的联系
2.2.1 3D打印是4D打印的基础
毋庸置疑，4D打印是建立在3D打印基础之上的，是3D打印技术发展到一定程度才能出现的新技术，并在将来，随着3D打印技术的发展，4D打印技术的研发才有进一步发展的可能。这主要表现在两个方面，如图2-29所示。
图2-29 3D打印是4D打印的基础
1．全新的研发方向和思维方式
在3D打印之前，无论是在印刷行业，还是制造业这一更大领域，都是沿袭传统的生产模式，其发展也只是在纵向上的发展和逐步深入。3D打印出现之后，其发展在横向上得以拓宽，展示给科学领域的研究者全新的研发视角，给人们对未来商品的遐想提供了无限可能。
就印刷行业来说，纵观古今中外几千年的文明发展史，从最初的手抄本到后来的雕版印刷、活字印刷、双色套印和近代铅活字印刷、印刷机印刷，这些都是在平面内进行的复制，而3D打印多了一个维度系数，是在立体空间范畴内进行的复制，实现了从平面印刷的量变到立体印刷这一质变的发展过程，如图2-30所示。
图2-30 平面印刷到立体印刷
就制造业领域来说，3D打印改变了传统制造业手工和机器大生产的模式，利用三维设计和扫描，通过计算机建立产品的数据模型，产品的标准化、精准率大大提高，且实现了其快速成型的可能。
3D打印相对于印刷业和制造业的彻底改变，拓宽了研究工作者的科研领域，给出了全新的视角，在印刷业和制造业现有层次的技术已取得相当高的成就的今天，3D打印为无法取得突破性进展的科技研发领域提供了另一片天空。
3D打印能够制造其他制造技术无法做出的复杂的、看起来匪夷所思的物体，且其产品设计及成型的简捷化，为个人定制提供了条件。在这种氛围的启发下，人们对产品的个性化需求提高，其可以想象和思考的范畴拓宽，很大程度上激发了人们的拓展性思维，特别是在如今各方面的发展都可以用日新月异来形容的时代，思维上的活跃对于创新来说是一个很好的推动力。
4D打印就是在这种情况下诞生的。科技发展，生活中新的应用问题层出不穷，当人们感到其中的不便，进而提出更多需求时，走在科技最前沿的科学家们便迎来新的问题与挑战，同时也寻求到了研发的契机，新技术由此产生。
2．3D打印机在4D打印中的应用
如今几乎所有的4D打印都是在3D打印机上完成的，其打印过程的完成需要3D打印的配合。可以想象，在相当长的时间内将是“3D打印机上的4D打印产品”。其实这是由3D打印机的功能和4D打印的特性决定的。4D打印的产品在根本上都是三维产品，其单一的打印环节完全是可以由3D打印机来实现的——至少目前是。
4D打印的关键是设计软件和智能复合材料，这是打印成品这一环节的准备阶段必须要解决的。只要解决了4D打印的关键问题，相信在3D打印机也取得了相应发展的同时，3D打印机成为“3D兼4D打印机”也并不是没有可能的，特别是4D打印产品的能变形和自我组装的能力，使得3D打印机应用于4D打印比应用于3D打印少了由于打印机体积大小问题而在产品生产上的发展限制。
2.2.2 4D打印与3D打印同为数字化制造技术
4D打印与3D打印在产品成型之前的各项工作都依赖于计算机来完成，如数据扫描、软件设计、数据建模、输出程序设计等，这些都属于数字化制造技术的范畴，且与其他数字化制造技术不同，这是“直接数字化制造”，也就是说，使用4D打印与3D打印制造出来的产品是人们能够应用的最终产品或部分零件。
首先，主要就数字化制造技术做一番了解。
1．数字化制造技术概述
所谓数字化，就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起数字化模型，将其转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理的过程。
而数字化制造即制造领域的数字化，是制造技术、计算机网络技术与管理科学的交叉、融合、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。
数字化制造技术的解释具体表述如下：
在数字化技术和制造技术融合的背景下，以及虚拟现实、计算机网络、快速成型、数据库和多媒体等技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出达到用户要求的产品的整个制造全过程。
这是一项融合了计算机软件、材料、机械、网络信息等多学科知识的综合性、系统性的技术。从原理上来讲，整个过程一般包括5个环节，如图2-31所示。
图2-31 数字化制造技术过程
2．4D打印、3D打印与数字化制造
3D打印一般被称为增材制造或快速原型制造，是指基于离散材料逐层堆积的成型原理，依据产品三维CAD数据模型，通过软件与数控系统将特制材料逐层堆积固化，制造出实体产品的数字化制造技术。
3D打印依据三维CAD设计数据进行数字建模的过程就是其数字化过程，是数字化制造技术中的一种RP（Rapid Prototyping，快速原型）技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验，能有效地缩短产品的研发周期。
可以说，3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，常在模具制造、工业设计、教育等领域被用于制造模型和实验室研究，也逐渐用于一些最终产品的直接制造，目前已经有使用3D打印技术制造成型的零部件，如多部分组成的变速箱。
4D打印技术更是在3D打印的基础上对制造材料直接进行编程设计，在数据模型设计阶段就考虑了材料的触发介质、时间等变形因素，将相关数字化参数预先植入打印材料中，让其进行内部自我折叠。在模型打印成型后，能在时间和空间双重维度上变形、重组、分解，开始接下来的生命周期旅程。这是一种比3D打印更高一层的“直接数字化制造”技术。