新型3D打印智能材料研究現狀簡介(3)

1.2 3D打印形狀記憶材料

 形狀記憶材料包括形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，SMA)、形狀記憶膠體(Shape Memory Gel，SMG)、形狀記憶聚合物(Shape Memory Polymer，SMP)等。形狀記憶材料最大的特點是具有形狀記憶效應，將其在高溫下進行定型，在低溫或常溫下使其產生塑性變形，當環境溫度升至臨界溫度時，變形消失并恢復到定型的原始狀態,將這種加熱后又恢復的現象稱作形狀記憶效應。

 EfraínCarreño-Morelli等在2007年提出形狀記憶合金的3D打印技術，利用有機聚合物將金屬粉末粘接在一起逐點累加固化形成三維立體形狀記憶合金結構。在打印過程中，噴頭將溶劑噴射到NiTi金屬粉末和有機膠的混合物上，有機膠與溶劑發生反應將NiTi金屬粉末粘結到一起，逐點累加固化得到所需三維實體形狀記憶合金結構。應用3D打印技術制造出的形狀記憶合金結構的材料密度達到了理論材料密度的95%，且具有形狀記憶效應（圖6）；

 H.Furukawa和J.Gong等提出了形狀記憶膠體的3D打印技術，采用3D打印技術逐點累加固化成型得到的三維形狀記憶膠體結構，具有形狀記憶效應，目前已應用于制造智能醫用繃帶、變焦距透鏡和仿生機器人等。

 Samuel M.Felton和Robert J.Wood等在2013年提出了利用3D打印形狀記憶聚合物技術，制造具有自組裝(self-assembly)、自折疊(self-folding)功能的智能結構。利用3D打印技術將形狀記憶聚合物逐點累加固化到硬質基板上，打印結束后固化成型的形狀記憶聚合物與硬質基板緊密結合成整體平面結構，在光、溫度、電流等外界環境激勵下，形狀記憶聚合物發生體積膨脹或收縮引起整體平面結構變形成為三維結構(圖7)。

 本文比較詳細的介紹了3D智能材料結構在3D打印基礎上在外界環境激勵下隨著時間實現自身的結構變化，3D打印智能材料是實現4D打印的基礎，未來以3D打印智能材料為基礎的4D打印技術必將拓展制造技術的應用范圍，為制造技術展示出了新的發展前景，為相關學科和產業的發展提供制造技術支撐。

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