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浙江大学谢涛教授系统综述:4D 打印的研究进展,包括打印工艺、打印材料及两者之间的内在联系

发布时间:2018-03-22 访问次数:342次 来源:高分子科学 分享:

 美国加州举办的 TED2013 大会上,来自美国麻省理工学院的 Skylar Tibbits 展示了一根线性的小棍慢慢扭曲变形成为字母 “MIT” 的过程,首次提出了 4D 打印的概念。在过去的 4 年时间里,4D 打印经历了飞速发展,其内涵也更为丰富。总体来说,4D 打印技术是一个材料、控制、力学、计算机等多学科交叉的先进制造技术,可实现产品结构和功能随时间自主可控变化。通过采用智能材料和特定的打印工艺制造出具有预定功能的智能结构,在预定能场的刺激下,随着时间进行主动的动态的演化而产生预设的功能。不同于 3D 打印,4D 打印对材料及打印技术都提出了新的要求。

  浙江大学化工学院的谢涛教授系统评述了 4D 打印的研究进展,包括打印工艺、打印材料及两者之间的内在联系。该综述已经发表在 Chinese Journal of Polymer Science (2018,No. 5)。

  从机理上看,实现 4D 打印主要有 2 种技术路线:

  1、使用配套的打印技术和智能材料直接打印特定的功能结构。此时,打印只是作为一个构建复杂结构的手段,后续的形状或者功能的变化都与传统方法制造的智能材料一致。

  2、在打印智能材料的过程中引入应力分布、材料分布。这种非均质的结构中的应力被释放出来时就能变形成一个新的预设的三维结构。

  但是,无论何种技术路线,智能材料都是 4D 打印的关键。目前,智能水凝胶和形状记忆聚合物(SMP)是两类主要的 4D 打印智能(高分子)材料。其中,SMP 由于更好的结构稳定性以及更丰富的形变机理而成为研究的重点。在 4D 打印的应用方面,作者表示,4D 打印结合了 3D 打印的快速个性化成型和按需变形两大特点,所以有望在空间展开结构、变体飞行器等军事领域及个性化自展开支架等生物医疗领域发挥重要作用。

  论文链接:https://doi.org/10.1007/s10118-018-2089-8