供稿人:武向权，连芩 发布日期：2018-04-24
北京大学工程学院Zeang Zhao等人基于正向光固化（frontal photopolymerization）技术制造了一种4D打印折纸结构。折纸结构正越来越多的应用于微电子、软驱动器、力学超材料、生物医学器件等方面，目前制造折纸结构仍有很多限制，例如复杂的材料体系和冗长的处理过程。通过利用一台商用的投影机来正向光固化液态树脂，研究人员提出了一种简单的打印办法来制造折纸结构，这项技术所采用的原理为树脂在固化过程中的体积收缩。
图1 在正向光固化中因收缩引起的弯曲（a）聚合物片层的连续收缩和内应力示意图（b）在有PDMS基底时的收缩弯曲（c）在无PDMS基底时的收缩弯曲
研究结果表明，在正向曝光下，由于基底对于固化树脂的束缚，会在树脂中形成内应力梯度，造成接近基底部分为压应力，原力基底部分为拉应力（图1）。从基底取下固化片层后，在内应力的作用下，片层会自然弯曲。通过变化曝光掩膜的灰度值和曝光参数可以控制这种内应力的形成，可以制造不同的折纸结构（图2）。
图2 折纸结构的制造（a）板光强 15mWcm−2; 腿光强, 3mWcm−2;曝光时间, 10 s；（b）自由弯曲效果；（c）进行紫外光照后处理固定形状；（d）后处理后的力学性能演示；（e）花瓣结构；（f）连续变曲率结构；
该研究展示了一种简洁的折纸结构制造方法，所采用的工艺方法具有高效可控的优点，有望应用在柔性电子器件制造等方面。