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  美國加州舉辦的TED2013大會(huì)上，來自美國麻省理工學(xué)院的Skylar Tibbits展示了一根線性的小棍慢慢扭曲變形成為字母“MIT”的過程，首次提出了4D打印的概念。在過去的4年時(shí)間里，4D打印經(jīng)歷了飛速發(fā)展，其內(nèi)涵也更為豐富�？傮w來說，4D打印技術(shù)是一個(gè)材料、控制、力學(xué)、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉的先進(jìn)制造技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能隨時(shí)間自主可控變化。通過采用智能材料和特定的打印工藝制造出具有預(yù)定功能的智能結(jié)構(gòu)，在預(yù)定能場(chǎng)的刺激下，隨著時(shí)間進(jìn)行主動(dòng)的動(dòng)態(tài)的演化而產(chǎn)生預(yù)設(shè)的功能。不同于3D打印，4D打印對(duì)材料及打印技術(shù)都提出了新的要求。

  浙江大學(xué)化工學(xué)院的謝濤教授系統(tǒng)評(píng)述了4D打印的研究進(jìn)展，包括打印工藝、打印材料及兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系。該綜述已經(jīng)發(fā)表在Chinese Journal of Polymer Science (2018，No. 5)。

  從機(jī)理上看，實(shí)現(xiàn)4D打印主要有2種技術(shù)路線：

  1、使用配套的打印技術(shù)和智能材料直接打印特定的功能結(jié)構(gòu)。此時(shí)，打印只是作為一個(gè)構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的手段，后續(xù)的形狀或者功能的變化都與傳統(tǒng)方法制造的智能材料一致。

  2、在打印智能材料的過程中引入應(yīng)力分布、材料分布。這種非均質(zhì)的結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力被釋放出來時(shí)就能變形成一個(gè)新的預(yù)設(shè)的三維結(jié)構(gòu)。

  但是，無論何種技術(shù)路線，智能材料都是4D打印的關(guān)鍵。目前，智能水凝膠和形狀記憶聚合物（SMP）是兩類主要的4D打印智能（高分子）材料。其中，SMP由于更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及更豐富的形變機(jī)理而成為研究的重點(diǎn)。在4D打印的應(yīng)用方面，作者表示，4D打印結(jié)合了3D打印的快速個(gè)性化成型和按需變形兩大特點(diǎn)，所以有望在空間展開結(jié)構(gòu)、變體飛行器等軍事領(lǐng)域及個(gè)性化自展開支架等生物醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s10118-018-2089-8