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隨著近十年來3D打印的迅猛發(fā)展，對于這個新的制造方法，人們顯然不再單單滿足于對其便捷制造且高精高強(qiáng)的基本性能需求了，而其中，“功能性制造”則不由分說的侵蝕著3D打印的舊地盤，在百花齊放的3D時代為自己爭取出了一片獨一無二的領(lǐng)地，而其中4D打印便儼然悄悄在此釋放著其璀璨的新能量。

許多3D打印的結(jié)構(gòu)件能夠在光強(qiáng)、溫度、磁場、濕度等外界環(huán)境刺激下發(fā)生形狀、體積、顏色等多種隨時間的變化，我們將這一類材料或結(jié)構(gòu)的3D打印技術(shù)稱之為4D打印。

2018年1月，來自中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所和蘭州科技大學(xué)的科研人員便進(jìn)一步利用FDM技術(shù)在紙基上打印多壁碳納米管（MWCNTs）增強(qiáng)聚乳酸（PLA）的復(fù)合材料實現(xiàn)迅速的光熱響應(yīng)[1]，從而控制整體制件的形變，實現(xiàn)預(yù)計的驅(qū)動效果，如圖1。

研究發(fā)現(xiàn)，在近紅外波長的光刺激下，紙基MWCNTs/PLA的雙層復(fù)合材料表現(xiàn)出了極為靈敏的光敏反應(yīng)，同時對其響應(yīng)溫度進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)最大變形溫度略高于PLA玻璃化轉(zhuǎn)變溫度而遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其熔點溫度，使得制件整體在保證較好的力學(xué)性能的同時，又能非常完美的實現(xiàn)變形后形狀恢復(fù)。為了模擬花朵向陽而開的特性，研究人員制備了如圖2的類花朵的紙基復(fù)合材料，其迅速的變形響應(yīng)也證實了MWCNTs和PLA這些常用于3D打印的增強(qiáng)材料和基體材料在4D打印中的發(fā)展?jié)摿ΑＭ瑯?，包含自西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室的研究人員利用連續(xù)碳纖維和尼龍進(jìn)行4D打印研究[2]等，許多學(xué)者在該領(lǐng)域的新興研究也都為普通材料在醫(yī)藥領(lǐng)域、柔性驅(qū)動和制造等方面的智能化設(shè)計及應(yīng)用提供了巨大的潛力佐證。

參考文獻(xiàn)：

1. Hua D , Zhang X , Ji Z , et al. 3D Printing of Shape Changing Composites for Constructing Flexible Paper-Based Photothermal Bilayer Actuator[J]. Journal of Materials Chemistry C, 2018, 6(8).
2. Programmable morphing composites with embedded continuous fibers by 4D printing[J]. Materials & Design, 2018, 155:404-413.