供稿人:趙東旭，李滌塵 發(fā)布日期：2017-05-05
新加坡科技設(shè)計大學(xué)、喬治亞理工學(xué)院、西安交通大學(xué)的研究人員實(shí)現(xiàn)了一種直接4D打?。―irect 4D Printing）方法，可將復(fù)合材料通過增材制造的方法成形后，僅經(jīng)過簡單的熱處理即可實(shí)現(xiàn)高精度三維結(jié)構(gòu)變形，此研究結(jié)果已發(fā)表在《Science Advances》期刊上[1]。
4D打印即在三維打印技術(shù)的基礎(chǔ)上增加一種隨時間或隨環(huán)境參量變化而改變其特性（例如變形或變色）和自我組裝的能力，自2013年首次提出4D打印的概念以來，4D打印技術(shù)已成為國際研究的熱點(diǎn)。以往的4D打印技術(shù)通常使用形狀記憶聚合物材料，需要依次經(jīng)過3D打印成形、熱處理、機(jī)械加載、冷卻定型、卸載、驅(qū)動等步驟，存在過程繁瑣、響應(yīng)速度較慢（Tibbits等使用普通4D打印方法得到的構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)36°的彎曲變形需要七分鐘[2]）等不足，限制了4D打印技術(shù)的推廣與應(yīng)用。
圖1 普通4D打印技術(shù)（A）與直接4D打印技術(shù)（B）工藝對比示意圖
Ding等研究得到一種直接4D打印技術(shù)，采用形狀記憶聚合物及彈性體的復(fù)合材料形式，通過對單層紫外光固化時間的控制，即對材料的光聚合度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)材料內(nèi)應(yīng)力分布控制，達(dá)到精確控制打印成形件在激勵下產(chǎn)生的變形，且該直接4D打印技術(shù)的成形件，僅需要一步加熱處理，即可實(shí)現(xiàn)預(yù)定三維結(jié)構(gòu)的變形，并可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行加熱-加載-再變形-冷卻-加熱-形狀恢復(fù)。該直接4D打印技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，有望將高精度、再編程復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的器件用于醫(yī)療、航空航天、日常消費(fèi)品等多領(lǐng)域。
圖2 直接4D打印實(shí)現(xiàn)不同變形模式的三維結(jié)構(gòu)件