63、4D打印与增材制造CAD工具深度解析

4D打印与增材制造CAD工具深度解析

1. 4D打印的定义

4D打印这一概念引入了时间作为第四维度，用于描述静态打印组件如何随时间发生转变。其核心在于打印对象具有动态特性，即通过增材制造（AM）技术制造出初始形状的部件，这些部件会在外界刺激下，随时间改变形状，最终达到特定的最终形状。而且，依据4D设计的不同，部件可能存在多种最终形状，并能在不同刺激下在这些形状之间转换。

由于聚合物在材料设计和主动形状改变行为方面具有多样性，因此大多数4D打印都采用聚合物材料。在“4D打印”这一术语出现之前，活性和形状记忆聚合物就已被广泛应用和研究。此外，也有对形状记忆合金（金属）进行增材制造的研究，其中主要使用镍 - 钛（Ni - Ti）合金。

以下是一些常用于4D打印的材料及其形状改变机制的表格：
| 序号 | 材料 | 形状改变机制 |
| — | — | — |
| 1 | 形状记忆聚合物（SMPs） | 温度 |
| 2 | 形状记忆水凝胶 | 温度、pH值或离子强度 |
| 3 | 介电弹性体（Des） | 电刺激 |
| 4 | 电活性聚合物（EAPs） | 电刺激 |
| 5 | 液晶弹性体 | 热、光、电 |
| 6 | 形状记忆合金（SMA） | 温度 |
| 7 | 形状记忆陶瓷（SMC） | 温度 |
| 8 | 形状记忆复合材料 | 温度、光、电、pH值或离子强度 |

多材料结构在4D打印中展现出更强大的形状改变能力，因为可以在不同区域打印活性和非活性材料，从而决定部件随时间的变形方式。

2. 形状转变机制与刺激因素