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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(yīng)，將其在高溫下進(jìn)行定型，在低溫或常溫下使其產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)環(huán)境溫度升至臨界溫度時，變形消失并恢復(fù)到定型的原始狀態(tài),將這種加熱后又恢復(fù)的現(xiàn)象稱作形狀記憶效應(yīng)。

 EfraínCarre?o-Morelli等在2007年提出形狀記憶合金的3D打印技術(shù)，利用有機(jī)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(jié)構(gòu)。在打印過程中，噴頭將溶劑噴射到NiTi金屬粉末和有機(jī)膠的混合物上，有機(jī)膠與溶劑發(fā)生反應(yīng)將NiTi金屬粉末粘結(jié)到一起，逐點累加固化得到所需三維實體形狀記憶合金結(jié)構(gòu)。應(yīng)用3D打印技術(shù)制造出的形狀記憶合金結(jié)構(gòu)的材料密度達(dá)到了理論材料密度的95%，且具有形狀記憶效應(yīng)（圖6）；

 H.Furukawa和J.Gong等提出了形狀記憶膠體的3D打印技術(shù)，采用3D打印技術(shù)逐點累加固化成型得到的三維形狀記憶膠體結(jié)構(gòu)，具有形狀記憶效應(yīng)，目前已應(yīng)用于制造智能醫(yī)用繃帶、變焦距透鏡和仿生機(jī)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(shù)，制造具有自組裝(self-assembly)、自折疊(self-folding)功能的智能結(jié)構(gòu)。利用3D打印技術(shù)將形狀記憶聚合物逐點累加固化到硬質(zhì)基板上，打印結(jié)束后固化成型的形狀記憶聚合物與硬質(zhì)基板緊密結(jié)合成整體平面結(jié)構(gòu)，在光、溫度、電流等外界環(huán)境激勵下，形狀記憶聚合物發(fā)生體積膨脹或收縮引起整體平面結(jié)構(gòu)變形成為三維結(jié)構(gòu)(圖7)。

 本文比較詳細(xì)的介紹了3D智能材料結(jié)構(gòu)在3D打印基礎(chǔ)上在外界環(huán)境激勵下隨著時間實現(xiàn)自身的結(jié)構(gòu)變化，3D打印智能材料是實現(xiàn)4D打印的基礎(chǔ)，未來以3D打印智能材料為基礎(chǔ)的4D打印技術(shù)必將拓展制造技術(shù)的應(yīng)用范圍，為制造技術(shù)展示出了新的發(fā)展前景，為相關(guān)學(xué)科和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供制造技術(shù)支撐。