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4D打印技術(shù)是在3D打印技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的增材制造工藝，其原理是通過在材料的3D打印成形過程中控制其物理性能的非均質(zhì)分布，使打印得到的結(jié)構(gòu)能夠響應(yīng)外界刺激而產(chǎn)生自動(dòng)的、可控的變形，傳統(tǒng)4D打印工藝多采用形狀記憶聚合物、吸水性水凝膠等材料，無法實(shí)現(xiàn)變形過程的可控設(shè)計(jì)，變形過程的環(huán)境要求苛刻，難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

西安交通大學(xué)研究人員利用所開發(fā)的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料增材制造設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了可控變形復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造，首次實(shí)現(xiàn)了基于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的4D打印方法（如圖1所示）。

連續(xù)纖維嵌入復(fù)合材料4D打印與可控變形的原理，是在打印過程中控制連續(xù)碳纖維與基體材料的非均勻分布，利用纖維與樹脂的熱膨脹系數(shù)及彈性模量差異，提出了連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可控變形4D打印策略，建立了可控變形可展開復(fù)合材料曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，發(fā)現(xiàn)了曲面彎曲方向與兩列平行纖維的銳角平分線保持一致的變形規(guī)律，建立了復(fù)合材料曲面結(jié)構(gòu)彎曲曲率大小與纖維夾角、單列纖維曲率之間的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了變形復(fù)合材料曲面結(jié)構(gòu)的可控設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)了多種可展開曲面的可控變形設(shè)計(jì)與4D打印，驗(yàn)證了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可控變形機(jī)理（如圖2、圖3所示），解決了現(xiàn)有4D打印方法所制備結(jié)構(gòu)變形速度慢、變形過程不能連續(xù)控制等瓶頸問題，為4D打印在航空航天領(lǐng)域的工程應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

1. Qingrui Wang, Xiaoyong Tian, Lan Huang, Dichen Li, Andrei V. Malakhov and Alexander N. Polilov. Programmable morphing composites with embedded continuous fibers by 4D printing. Materials & Design. 2018(155), 404-413.