4D打印是指3D打印的結(jié)構(gòu)在特定的外界條件刺激下，按照預先設計進行自動變形和組裝，無需人為干涉。這一技術可以讓結(jié)構(gòu)“活”起來，為軍事、航空航天、柔性電子、生物醫(yī)藥科學等領域帶來了新的發(fā)展機遇。

智能材料的3D打印難度高、驅(qū)動方式單一，致使4D打印的發(fā)展相對緩慢。為了克服這一難題，近日，來自哈爾濱工業(yè)大學的研究團隊實現(xiàn)了基于形狀記憶聚合物及多功能納米復合材料的4D打印，為4D打印智能化結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了新思路。

據(jù)悉，該4D打印方法采用直寫型打印設備，研究團隊將打印所需的聚合物、紫外交聯(lián)劑及功能性納米粒子溶解于低沸點、高揮發(fā)性的溶劑中制成可打印的“墨水”。打印過程中溶劑的快速揮發(fā)及紫外光照可使“墨水”迅速固化并形成形狀記憶所需的交聯(lián)網(wǎng)絡，通過逐層打印操作構(gòu)建出具有變形能力的三維結(jié)構(gòu)，即實現(xiàn)4D打印，打印物體的尺寸最小可至微米級。研究團隊設計并研制了一種4D打印“智能”支架，可以通過恒定磁場控制支架的運動，在交變磁場作用下，該支架還呈現(xiàn)出自擴張行為，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的非接觸控制和智能驅(qū)動。

4D打印非接觸控制形狀記憶聚合物復合材料的主動變形結(jié)構(gòu)及其在生物醫(yī)學領域的應用

這項技術有望在眾多領域使用，尤其是在生物醫(yī)學及微創(chuàng)領域，它為實現(xiàn)人體植入器件智能化和個性化定制帶來了新的可能性。相關研究成果已發(fā)表在國際TOP期刊《應用材料與界面》(ACSApplied Materials & Interfaces)上。