供稿人:赵东旭，李涤尘 发布日期：2017-05-05
新加坡科技设计大学、乔治亚理工学院、西安交通大学的研究人员实现了一种直接4D打印（Direct 4D Printing）方法，可将复合材料通过增材制造的方法成形后，仅经过简单的热处理即可实现高精度三维结构变形，此研究结果已发表在《Science Advances》期刊上[1]。
4D打印即在三维打印技术的基础上增加一种随时间或随环境参量变化而改变其特性（例如变形或变色）和自我组装的能力，自2013年首次提出4D打印的概念以来，4D打印技术已成为国际研究的热点。以往的4D打印技术通常使用形状记忆聚合物材料，需要依次经过3D打印成形、热处理、机械加载、冷却定型、卸载、驱动等步骤，存在过程繁琐、响应速度较慢（Tibbits等使用普通4D打印方法得到的构件，实现36°的弯曲变形需要七分钟[2]）等不足，限制了4D打印技术的推广与应用。
图1 普通4D打印技术（A）与直接4D打印技术（B）工艺对比示意图
Ding等研究得到一种直接4D打印技术，采用形状记忆聚合物及弹性体的复合材料形式，通过对单层紫外光固化时间的控制，即对材料的光聚合度进行控制，实现材料内应力分布控制，达到精确控制打印成形件在激励下产生的变形，且该直接4D打印技术的成形件，仅需要一步加热处理，即可实现预定三维结构的变形，并可在此基础上进行加热-加载-再变形-冷却-加热-形状恢复。该直接4D打印技术的实现，有望将高精度、再编程复杂三维结构的器件用于医疗、航空航天、日常消费品等多领域。
图2 直接4D打印实现不同变形模式的三维结构件