基于4D打印的数字光处理的具有机械鲁棒性和可紫外光固化的形状记忆聚合物

供稿人：王永辉   导师： 连芩
供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

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。

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。

参考文献：
ZHANG B, LI H, CHENG J, et al.Mechanically Robust and UV-Curable Shape-Memory Polymers for Digital Light Processing Based 4D Printing[J].Advanced Materials, n/a (n/a): 2101298.