供稿人:羅盟 田小永 發(fā)布日期：2018-11-27
隨著近十年來3D打印的迅猛發(fā)展，對于這個新的制造方法，人們顯然不再單單滿足于對其便捷制造且高精高強的基本性能需求了，而其中，“功能性制造”則不由分說的侵蝕著3D打印的舊地盤，在百花齊放的3D時代為自己爭取出了一片獨一無二的領地，而其中4D打印便儼然悄悄在此釋放著其璀璨的新能量。
許多3D打印的結構件能夠在光強、溫度、磁場、濕度等外界環(huán)境刺激下發(fā)生形狀、體積、顏色等多種隨時間的變化，我們將這一類材料或結構的3D打印技術稱之為4D打印。
2018年1月，來自中國科學院蘭州化學物理研究所和蘭州科技大學的科研人員便進一步利用FDM技術在紙基上打印多壁碳納米管（MWCNTs）增強聚乳酸（PLA）的復合材料實現(xiàn)迅速的光熱響應[1]，從而控制整體制件的形變，實現(xiàn)預計的驅動效果，如圖1。
圖1 3D打印紙基MWCNT/PLA復合材料及變形機理示意圖
研究發(fā)現(xiàn)，在近紅外波長的光刺激下，紙基MWCNTs/PLA的雙層復合材料表現(xiàn)出了極為靈敏的光敏反應，同時對其響應溫度進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)最大變形溫度略高于PLA玻璃化轉變溫度而遠遠低于其熔點溫度，使得制件整體在保證較好的力學性能的同時，又能非常完美的實現(xiàn)變形后形狀恢復。為了模擬花朵向陽而開的特性，研究人員制備了如圖2的類花朵的紙基復合材料，其迅速的變形響應也證實了MWCNTs和PLA這些常用于3D打印的增強材料和基體材料在4D打印中的發(fā)展?jié)摿ΑＭ瑯?，包含自西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室的研究人員利用連續(xù)碳纖維和尼龍進行4D打印研究[2]等，許多學者在該領域的新興研究也都為普通材料在醫(yī)藥領域、柔性驅動和制造等方面的智能化設計及應用提供了巨大的潛力佐證。
圖2 紙基MWCNTs/PLA復合材料模擬花朵“向陽而開”