4D打印是一种新兴的制造技术,使3D打印结构在第四维时间内改变配置的响应环境刺激包括热、水、磁场和电由于能够无缝、快速地制造出执行机构-机构的集成系统,4D打印在航天、智能家具、微创设备、软机器人等领域显示出巨大的潜力。4D打印是通过使用环境响应软活性材料(SAMs)的3D打印结构实现的,主要包括水凝胶、液晶弹性体(LCEs)、和形状记忆聚合物(SMPs)。不同于其他两个极其柔软的地软活性材料,SMP能够在1分钟内切换材料模量从几MPa到几GPa,并兼容各种3D打印技术。迄今为止,基于SMP的4D打印已广泛应用于智能设备、折纸、组织工程、超材料、生物医学等各个领域。
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图 1. 基于DLP的4D打印技术完成的形状记忆聚合物(SMP)结构
基于数字光处理的紫外光固化可以制造基于SMP的复杂几何结构和高分辨率结构。然而,紫外光固化SMP在机械性能方面有局限性,这极大地限制了其应用范围。西北工业大学的张彪(Biao
Zhang)团队报道了一种具有机械鲁棒性、可紫外光固化的SMP系统,该系统具有高度可变形、抗疲劳、与基于DLP的3D打印兼容,可制造高分辨率(最高2微米)、高度复杂的3D结构,加热后形状变化大(最高1240%)。
更重要的是,所研制的SMP系统具有良好的抗疲劳性能,可重复加载10000次以上。机械鲁棒和紫外固化SMP的发展显著提高了基于SMP的4D打印结构的机械性能,这使得它们可以应用于工程应用,如航空航天、智能家具和软机器人。