基于4D打印的數(shù)字光處理的具有機(jī)械魯棒性和可紫外光固化的形狀記憶聚合物

供稿人：王永輝   導(dǎo)師： 連芩
供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

4D打印是一種新興的制造技術(shù)，使3D打印結(jié)構(gòu)在第四維時(shí)間內(nèi)改變配置的響應(yīng)環(huán)境刺激包括熱、水、磁場(chǎng)和電由于能夠無縫、快速地制造出執(zhí)行機(jī)構(gòu)-機(jī)構(gòu)的集成系統(tǒng)，4D打印在航天、智能家具、微創(chuàng)設(shè)備、軟機(jī)器人等領(lǐng)域顯示出巨大的潛力。4D打印是通過使用環(huán)境響應(yīng)軟活性材料(SAMs)的3D打印結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，主要包括水凝膠、液晶彈性體(LCEs)、和形狀記憶聚合物(SMPs)。不同于其他兩個(gè)極其柔軟的地軟活性材料，SMP能夠在1分鐘內(nèi)切換材料模量從幾MPa到幾GPa,并兼容各種3D打印技術(shù)。迄今為止，基于SMP的4D打印已廣泛應(yīng)用于智能設(shè)備、折紙、組織工程、超材料、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。

圖 1. 基于DLP的4D打印技術(shù)完成的形狀記憶聚合物(SMP)結(jié)構(gòu)

基于數(shù)字光處理的紫外光固化可以制造基于SMP的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)和高分辨率結(jié)構(gòu)。然而，紫外光固化SMP在機(jī)械性能方面有局限性，這極大地限制了其應(yīng)用范圍。西北工業(yè)大學(xué)的張彪(Biao Zhang)團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種具有機(jī)械魯棒性、可紫外光固化的SMP系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有高度可變形、抗疲勞、與基于DLP的3D打印兼容，可制造高分辨率(最高2微米)、高度復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)，加熱后形狀變化大(最高1240%)。

更重要的是，所研制的SMP系統(tǒng)具有良好的抗疲勞性能，可重復(fù)加載10000次以上。機(jī)械魯棒和紫外固化SMP的發(fā)展顯著提高了基于SMP的4D打印結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能，這使得它們可以應(yīng)用于工程應(yīng)用，如航空航天、智能家具和軟機(jī)器人。

參考文獻(xiàn)：
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.