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4D打印技術是在3D打印技術基礎上發(fā)展起來的增材制造工藝，其原理是通過在材料的3D打印成形過程中控制其物理性能的非均質分布，使打印得到的結構能夠響應外界刺激而產生自動的、可控的變形，傳統(tǒng)4D打印工藝多采用形狀記憶聚合物、吸水性水凝膠等材料，無法實現(xiàn)變形過程的可控設計，變形過程的環(huán)境要求苛刻，難以滿足實際應用需求。

西安交通大學研究人員利用所開發(fā)的連續(xù)纖維增強復合材料增材制造設備，實現(xiàn)了可控變形復合結構的設計與制造，首次實現(xiàn)了基于連續(xù)纖維增強復合材料的4D打印方法（如圖1所示）。

連續(xù)纖維嵌入復合材料4D打印與可控變形的原理，是在打印過程中控制連續(xù)碳纖維與基體材料的非均勻分布，利用纖維與樹脂的熱膨脹系數(shù)及彈性模量差異，提出了連續(xù)纖維增強復合材料結構可控變形4D打印策略，建立了可控變形可展開復合材料曲面結構設計準則，發(fā)現(xiàn)了曲面彎曲方向與兩列平行纖維的銳角平分線保持一致的變形規(guī)律，建立了復合材料曲面結構彎曲曲率大小與纖維夾角、單列纖維曲率之間的定量關系，實現(xiàn)了變形復合材料曲面結構的可控設計；實現(xiàn)了多種可展開曲面的可控變形設計與4D打印，驗證了復合材料結構可控變形機理（如圖2、圖3所示），解決了現(xiàn)有4D打印方法所制備結構變形速度慢、變形過程不能連續(xù)控制等瓶頸問題，為4D打印在航空航天領域的工程應用提供技術支撐。

參考文獻：

1. Qingrui Wang, Xiaoyong Tian, Lan Huang, Dichen Li, Andrei V. Malakhov and Alexander N. Polilov. Programmable morphing composites with embedded continuous fibers by 4D printing. Materials & Design. 2018(155), 404-413.