智能资料[1-2]被称为“21世纪的新资料”,率先由日本的Takagi提出[3],是指对环境拥有感知、可响应,并拥有执行、诊断能力的新资料
。智能资料通常不是一种单一的资料,是一类由多资料组元结合,并通过智能制作的步骤所组成的智能器件
。智能资料依照资料基质的分歧可分为金属类智能资料、高分子类智能资料和陶瓷类智能资料
。

增材制作技术经历了30多年的发展,在资料、设备、工艺和利用等方面均获得了巨大的发展
；；；谑帜Ｐ颓脑霾闹谱骷际,突破了传统制作工艺中模型设计、拓扑结构约束和加工步骤的制约,彻底扭转了加工制作设计理念和流程
。陪伴着智能资料和增材制作技术的发展,2013年,4D打印的概念初次提出,该技术将增材制作技术成形步骤、智能资料响应外界刺激和增材制作结构设计特异性的特点有机地融合
。

4D打印作为一种可实现资料“编程”的新型增材制作技术,是赋予资料“智能”的有效伎俩[4],同时也是增材制作智能资料的具体阐发
。增材制作技术在成形智能资料的同时,在资猜中嵌入驱动、逻辑和感知等能力,将“物质法式化”这一造物方式造成了现实,克服了物体出产制作的空间限度,在工业、医疗、艺术等诸多领域阐发巨大的利用潜力
。

智能资料是研制高技术产品、高附加值设备的基础,而增材制作技术则是沟通资料与产品的关键性技术,也是将智能资料钻研理论和钻研成就转化成新技术、新步骤和新利用的有效伎俩
。随着钻研人员对智能资料的不休深刻意识,实现拥有热、电、磁、光和化学物质等多感知能力,变形、变色和变职能多职能一体化,以及拥有信号处置、逻辑判断和自我感知多节制机理结合的智能资料增材制作系统,将生长新一代技术革命
。本文将从分歧智能资料的增材制作技术,以及增材制作对智能结构的设计、制作和利用所带来的有益之处发展论说,分析增材制作智能资料的利用远景及将来发展
。

1、增材制作金属类智能资料

增材制作金属类智能资料重要有状态影象合金(shapememoryalloys,SMA)和磁致伸缩资料(magnetostrictivematerials)
。常用的金属类智能资料增材制作技术重要有激光选区溶解(selectivelasermelting,SLM)、激光近净成形(laserengineerednetshaping,LENS)、电弧增材制作(wireandarcadditivemanufacture,WAAM)
。

1.1状态影象合金

状态影象合金是一类怪异的金属间化合物,在外界热或机械刺激下实现可逆的相转换
。SMA可分为NiTi基、Cu基和Fe基状态影象合金[5-7]
。自20世纪60年代早期开发了Ni-Ti,Au-Cd,Ni-A1等状态影象合金后,钻研人员就一向在索求若何利用状态影象合金的特殊个性,将其利用在微机电系统、生物医疗、航空航天和机械制作等领域[8]
。SMA阐发出特殊的状态影象效应和超弹性行为,其性质是在外界温度、应力或应变的前提下诱发SMA的马氏体相变
。

NiTi状态影象合金拥有丰硕的相变景象、优异的状态影象和超弹性行为、良好的力学机能、耐侵蚀和生物相容性,受到了资料科学和工程界的器重[9]
。Chalker等[10]报道了通过SLM技术成形NiTi合金的工作,所成形的NiTi合金样件阐发出60%~80%变形率
。自此,钻研人员寻找到了一种新的SMA的加工方式,固然其样件质量和变形回复率相比于传统工艺所制备的NiTi合金仍有着显著的差距,但为成形复杂结构SMA提供了新的解决规划
。随着钻研的深刻,钻研人员相继通过LENS[11]和WAAM技术[12]成功成形了NiTi合金
。在对NiTi合金增材制作过程的钻研中发现,不论通过何种增材制作技术,成形过程中大梯度和高瞬态的热汗青对样件内部相变演化有着显著的影响,若何通过调控成形工艺、设计合金组分和优化后处置工艺等方式实现对增材制作NiTi合金析出相、晶粒描摹、相变温度和相变区间的节制成为该领域的钻研重点[13]
。Zhang等[14]系统地钻研了SLM成形NiTi过程中孪晶、位错和析出相称方面演变机制
。与传统加工步骤相比,SLM成形过程拥有复杂瞬态热汗青,这使得SLM成形的NiTi合金拥有怪异的微观结构特点,这也赋予了SLM制备的NiTi合金怪异的机能
。

二元NiTi状态影象合金与其他SMA相比机能方面占据着绝对的优势[15],但是NiTi合金也有着相变温度低、对成分敏感的问题,因而通过引入第三元素构建Ni-Ti-X合金系统,调节NiTi合金马氏体相变温度,从而拓展NiTi合金的利用领域
。典型的代表有Ni-Ti-X高温SMA[16],Ni-Ti-Cu窄滞后SMA[17]和Ni-Ti-Nb宽滞后SMA[18]
。商用的NiTi合金马氏体

相变温度通常低于100℃,该温度也是状态影象合金装置的作为温度,因而通过增长第三元素,提升SMA的马氏体相变温度,可有效地扩大NiTi合金在汽车、核工业等必要高工作温度的领域利用
。Elahinia等[19]报道了通过SLM技术成形Ni49.8Ti30.2Hf20高温状态影象合金,通过引入Hf显著提高了NiTi合金的马氏体相变温度
。与通过传统技术所制备的NiTiHf合金相比,SLM成形导致Ni元素的蒸发和氧含量的增高,相变温度有所降低,但样件仍拥有优异的状态影象效应和较高的相变温度
。Shiva等[20-21]通过激光增材制作技术成形了分歧Cu含量的NiTiCu状态影象合金,成形的NiTiCu合金均维持了优良的窄相变滞后效应
。

Cu基状态影象合金[22]重要可分为Cu-Zn和Cu-Al两大类,其中最拥有实用价值的是Cu-Zn-Al系、Cu-Al-Ni系和Cu-Al-Mn系SMA
。只管Cu基合金的某些个性不及NiTi合金,但其易加工、价值低的特点受到了大批钻研者的青睐
。Cu基合金不含活跃元素、热导率大、电阻小,在低温区相变温度变动领域较宽,机械加工机能好
。2014,Gargarella等[23-26]报道了SLM成形的Cu-Al-Ni-Mn状态影象合金,通过节制SLM成形参数和增长Zr元素的方式,实现了合金力学机能和相转变温度的有效调控
。Donoso等[27]报道了激光直接制作技术(directmetallaserfabrication,DMLF)成形Cu-Al-Ni状态影象合金,通过节制成形参数和Al元素含量,实现了相变温度滞后量的调节
；；；锌萍即笱У氖酚裆淌谕哦覽28-30]报道了通过SLM成形Cu-Al-Mn-La和Cu-Al-Ni-Ti状态影象合金的工作,通过对成形工艺的优化实现了高致密度、晶粒细化且脆性相得到有效克制的Cu基SMA的增材制作
。增材制作技术因其加工区域极小、资料成形时骤冷的特点,资料微观组织和力学机能有别于传统加工步骤,通过增材制作技术有效解决了Cu基SMA加工难题,实现了高致密度、均匀细晶、相变温度可调的Cu基SMA的制作
。

Fe基状态影象合金[31]是继NiTi和Cu基SMA后开发的第三代SMA
。Fe基SMA因其强度高、易于冷加工、价值便宜、合用于传统的炼钢步骤出产的利益,宽泛利用于石油化工、机械制作等领域
。自20世纪70年代起头,钻研人员相继研发出一系列Fe基SMA,如Fe-Pt合金、Fe-Ni-C合金、Fe-Mn-Si合金等
。

然而通过增材制作的方式成形Fe基SMA的钻研却鲜有报道
。2016年,Niendorf等[32]初次通过SLM成形了Fe-Mn-Al-Ni状态影象合金,该钻研以为成形参数和三维结构对样件热梯度和冷却速度有着显著的影响,这对微观组织结构演变起着至关重要的作用
。对于Fe基或其他SMA,晶体结构是影响状态回复率和相变温度的关键
。金属资料的增材制作技术作为一种可直接实现微观结构设计、制作和节制的技术,分析其成形工艺和状态影象合金微观结构间的关系,将对实现金属基状态影象合金控形、控性制作起到至关重要的作用
。

铁磁状态影象合金(ferromagneticshapememoryalloys,FSMA)是在肯定温度领域内磁场诱发应变,晶体沿外加磁场方向变形的资料[33-34]
。Mostafaei等[35]通过黏结剂喷射打印技术(binderjet,BJ)打印了Ni-Mn-Ga铁磁状态影象合金,并钻研了烧结后的Ni-Mn-Ga合金组织、相变温度和磁机能
。如图1所示,Caputo等[36]通过BJ打印技术成形了Ni-Mn-Ga资料,经热磁机械训练的Ni-Mn-Ga打印零件达0.01%可逆磁场诱导应变,增材制作技术是解决Ni-Mn-Ga磁性状态影象合金部件制作问题的一种可行技术
。该领域的钻研工作尚处于起步阶段,鲜见其他有关报道
。

1.2磁致伸缩资料

当资料内部磁畴在与外界磁场一致时,资料沿磁场方向产生应变的景象为磁致伸缩景象[2]
。与受温度场驱动的状态影象合金相比,磁致伸缩合金拥有响应频率高、节制精度高的特点,但也存在资料应变小的问题
。

传统磁致伸缩资料[37](magnetostrictivematerial),如镍基合金、铁基合金等因磁致伸缩率低,利用远不如压电资料,但随着稀土类磁致伸缩资料(TbDyFe合金等)和新型磁致伸缩资料(FeGa等)的发展,该资料重新得到了器重
。磁致伸缩资料拥有传递大载荷、高频响应和换能效能高的特点
。Yang等[38-39]通过激光熔覆增材制作技术(lasercladding)成形了Fe-Co-V基合金,并分析了增长Al元素和Sm元素对合金的相组成、显微组织、磁致伸缩系数和磁致伸缩饱和场的影响
。超声增材制作技术(ultrasonicadditivemanufacturing,UAM)是一种能在低温下成形金属资料的增材制作技术,该技术是将金属薄板在压力作用下,通过超声振动将分歧金属资料逐层结合的步骤
。Dapino等[40-41]通过该技术成形了FeGa-Al和NiTi-Al多资料三维实体结构
。该技术是基于资料理论固态扩散焊接机制实现资料间的衔接,但所成形的结构仍必要进一步的数控加工
。固然UAM技术预防了激光成形金属资料热汗青和微观组织演变的影响,但是该技术也失去了增材制作技术成形复杂构件的优势
。

表1[10-12,14,19-21,23-30,32,35-36,38-41]对增材制作各类金属类智能资料的实现方式和驱动模式进行了综合总结,能够看出增材制作SMA获得阶段性的钻研成就,且部门钻研已推向工业化利用
。而增材制作磁致伸缩资料尚处于起步阶段,在解决其磁致伸缩机能差以及制件脆性大、易产生裂纹等弊端后,可有效拓展磁致伸缩资料的利用领域
。

2、增材制作高分子类智能资料

智能高分子资料[42]是一种能够感触外界环境变动并产生响应的高分子资料
。高分子资料的结构拥有复杂性和多样性,可通过度子设计、有机合成、复合以及界面和理论职能化等方式,赋予资料感知环境、刺激响应、自我修复和环境应变等能力
。现已有多种刺激方式可用于触发智能高分子资料产生变形,如热、光照、电场、磁场、pH值变动以及湿度等
。常用的增材制作智能高分子资料的技术重要有熔融沉积成形技术(fuseddepositionmodeling,FDM)、立体光刻成形技术(vatphotopolymerization)、墨水直写技术(directinkwriting,DIW)和喷墨打印技术(inkjet)
。增材制作智能聚合物资料重要有状态影象聚合物(shapememorypolymer,SMP)、智能水凝胶(intelligenthydrogel)、压电聚合物(piezoelectricpolymer)、液晶弹性体(liquidcrystalelastomers,LCE)、介电弹性体(dielectricelastomer,DE)和离子聚合物-金属复合伙料(ionicpolymer-metalcomposite,IPMC)等
。

SMP变形是由高分子资料中分子链的取向与散布的变动引起的
。与SMA相比,SMP拥有密度小、应变大、刺激响应领域广、赋形容易,且优良的电绝缘性和保温成效的优势,但是SMP存在变形回复力小、回复精度不高档弊端
。智能水凝胶[43]是在传统水凝胶基础上开发的,在外部环境扭转的前提下,阐发出有法规的结构和体积变动的水凝胶资料
。目前智能水凝胶资料在化学转换器、影象元件开关、传感器、人造肌肉、化学存储器、分子分离系统、调光资料、酶和细胞的智能固定化以及药物可控开释等领域有着宽泛的钻研和利用
。压电资料[44]作为智能资料的重要组成部门,既能够用作传感器又能作驱动器,是传感-执行一体化智能器件的梦想资料之一
。LCE[45-47]是一种拥有高变形率、可编程和可逆形变的高分子资料,其宽泛利用于驱动器、软体机械人和生物医疗器械等领域
。LCE中液晶基元的有序结构与高分子骨架互有关联,通过扭转液晶分列即可实现资料的宏观形变
。DE[48]是利用电场节制弹性体压缩形变的贸易化软智能资料,拥有不变性高、反复性好的利益,弊端是必要极高的电场驱动形变
。IPMC是一种由在电场作用下聚合物内部离子迁徙扭转聚合物内离子浓度,并由溶剂累积形成了层状结构的不合称膨胀弯曲的复合伙料
。IPMC拥有驱动电压低、应变响应大、结构矫捷柔软和可在水环境下工作的利益
。

2.1热致变形高分子资料

热致感应型SMP通常是由固定相和可逆相组成,固定相影象肇始态,可逆相随温度变动产生可逆的固化和软化
。固定相以交联方式的分歧可分为热塑性SMP和热固性SMP
。

作为被利用最多的增材制作技术之一[49],FDM技术是实现热致感应型SMP及其复合伙料增材制作的有效伎俩
。热塑性SMP多是通过FDM道理成形
。例如,如图2(a)所示,Wang等[50]将变色染料和聚乳酸(polylacticacid,PLA)混合,并通过FDM打印技术实现了状态-色彩双响应结构的成形
。通过将PLA、热塑性聚氨酯(thermoplasticpolyurethanes,TPU)、聚己内酯(polycaprolactone,PCL)[51]等高分子与碳化硅(siliconcarbide,SiC)[52]、碳纳米管(carbonnanotube,CNT)[53]、氧化石墨烯(grapheneoxide,GO)[54]、炭黑(carbonblack,CB)[55]等导电或导热资料共混制备复合伙料,可实现拥有多职能、多资料和多响应模式的职能器件的一体化制作
。墨水直写打印技术(DIW)拥有资料合用领域广、资料固化伎俩多和多资料一体化成形的特点
。DIW技术通过分歧固化步骤,可将热固性高分子资料、凝胶、陶瓷资料等制备成拥有肯定黏度液体资料
。别的分歧热塑性高分子资料拥有分歧的熔点,通过FDM技术进行多资料打印时,层间结合机能较差,而对于DIW技术可选取统一或相近墨水系统打印,预防了多资料打印的层间结合差的问题
。如图2(b)所示,Ma等[56]制备了拥有热响应和磁响应的光固化打印浆料,并在成形过程中在形成池两侧施加外部磁场,以节制浆料内NdFeB颗粒散布方向,从而实现了外部热源驱动SMP和磁性软资料的一体化成形
。此外,通过DIW成形软体机械人[57]、变形响应传感器件[58]和双重响应智能水凝胶[59]等智能器件也有所报道
。DIW技术拥有资料合用性广、固化成形多样的优势,是实现复合伙料[60-61]、多资料[62-63]增材制作的有效伎俩
。

立体光刻技术是通过光引发资料的交联聚合实现资料的液-固相转变的增材制作技术,该技术在成形速度、成形精度和多技术融合等方面有着优势[64-66]
。立体光刻技术重要有立体光刻成形(stereolithography,SLA)、数字光处置成形(digitallightprocessing,DLP),近几年相继又出现面投影微立体光刻(projectionmicrostereolithography,PμSL)、陆续液体界面制作(continuousliquidinterfaceproduction,CLIP)[67]、推算轴向光刻(computedaxiallithography,CAL) [68]等立体光刻技术
。但有限的资料系统、较低的使用寿命和高昂的制作成本也限度了立体光刻技术在现实出产中的利用
。Choong等[69]通过调节固化系统中单体和交联剂的配比,合成了可用于SLA技术的状态影象聚合物,固化剂作为SMP中的固定相起到了调节光固化SMP资料状态影象机能和寿命的作用
。Mishra等[70]选取多资料立体光刻技术,打印了以水凝胶为基体的手指状弹性驱动器,该驱动器可通过仿照自主“排汗”维持驱动器在高温下工作不变
。

图2(c)展示了以聚(N-异丙基丙烯酰胺)(poly-N-isopropylacrylamide,PNIPAm)为主体资料的驱动器,驱动器理论打印感触外界温度变动后自主打开或关闭的微孔层,通过微孔自主排汗调节柔性机械手工作温度以及提升机械式握持力
。立体光刻技术所使用的光敏树脂可通过制备复合伙料的步骤,实现如导电[71]、导热[72]、微波吸收[73]、生物相容[74]等职能性器件的制作
。喷墨打印技术(Inkjet)是将打印墨水通过热或压电驱动的方式选择性沉积在基板理论,沉积的墨水通过化学反映、温度变动、激光或UV照射实现资料的

固化
。Ge等[75-76]将热致变形SMP纤维包埋于Inkjet技术打印的弹性体内,构建了温度驱动的执行器
。经热机械训练后,智能活性铰链可实现预设角度的折叠
。

如图2(d)所示,Ding等[77]通过Inkjet技术打印了SMP和内置压缩应变的弹性体复合结构,在加热过程中,弹性驱动SMP变形从而将所成形器件急剧转变为新的永远结构,所打印的复合伙料结构无需SMP的热机械训练,这极大地简化了3D打印可编程结构的制作流程
。

2.2电致变形高分子资料

电致变形高分子资料是一类在电刺激前提下产生变形响应的资料,如电致变形SMP,电致变形状态影象水凝胶(shapememoryhydrogel,SMH),压电聚合物,LCE,DE等[78]
。对于电致变形SMP,其变形驱动的机制与热致变形SMP变形驱动机制一样,是由通过增长的导电填料改善SMP的导电性,利用电流热效应作用于高分子资料自身并引起热响应变形
。与电致变形SMP变形机理分歧,压电聚合物,LCE,DE,IPMC则是由电场直接引起的变形
。

在压电资料打印方面,Li等[79]通过电场辅助FDM打印技术打印了铌酸钾钠(K1/2Na1/2NbO3,KNN)/聚偏氟乙烯(polyvinylidenefluoride,PVDF)复合伙料,在打印的过程中通过辅助电场直接极化
。此外,PVDF等压电高分子资料也可通过DIW[80]和SLA[81]技术打印,并通过增长BaTiO3[82],KNN颗粒提升器件整体压电机能
。在DE资料打印方面,Zhou等[83]通过FDM成形DE资料,该柔性机械手在加载电压至5kV时,阐发出显著的形变
。但DE变形方向受电极方向限度,必要通过结合增材制作设计步骤和成形工艺以添补,如图3(a)所示
。在电活性水凝胶打印方面,如图3(b)所示,Han等[84]通过PμSL打印了电活性水凝胶,在扭转加载电压强度和方向时,所成形的柔性机械手实现双向和肆意角度变形
。电致变形高分子资料与电流引起的资料变形相比,拥有响应快、节制精确、外部刺激源加载单一的特点,别的部门电致变形高分子资料无需热机械训练工艺,这大大地简化了变形智能器件的制作流程
。

2.3磁致变形高分子资料

磁致变形高分子资料凭据变形道理分歧可分为由磁热效应驱动的磁致变形SMP资料和由包裹在基体资料内的磁性粒子驱动的复合伙料弹性体
。磁致变形SMP通常是通过在热致变形SMP中增长铁磁性物质,并在磁场作用下因功率损耗产生热量驱动热致SMP基体的变形
。如图4(a)所示,Zhang等[85]通过FDM技术打印了Fe3O4/PLA复合伙料支架,所打印的支架在27.5kHz频率的交变磁场驱动下可均匀加热至40℃,所制备的支架在骨组织修复领域有着巨大的利用远景
。然而,与电致变形SMP相比,磁驱动SMP必要强磁场能力产生足够的焦耳热
。

与磁致变形SMP相比,通过磁性粒子直接驱动弹性基体产生可逆变形的资料,拥有响应速度快、变形量和变形速度可控的优势
。Kim等[86]报道了磁场作用的DIW打印技术,在打印过程中磁微粒在外加磁场作用下重定向,从而实此刻三维复杂结构内的磁畴的可控排布,打印的柔性资料在磁场驱动下可急剧往复变形
。Wu等[87]通过选择性激光烧结(selectlasersintering,SLS)技术打印了NdFeB/TPU多孔复合结构,赋予器件机械能转化成电能的职能
。通过调节NdFeB粉末含量、磁场作用方向和支架结构几何参数,实现了输出电压的调节
。Bastola等[88]分析了DIW打印磁流变弹性体过程中打印参数与挤出丝束质量间的关系,在此基础上实现了弹性体内磁流变液的可控沉积
。如图4(b)所示,Jackson等[89]将3D打印技术与磁流变液相结合,提出了磁场响应机械超资料概念,实现了磁场调制、远程节制的机械超资料器件的增材制作
。

2.4光致变形高分子资料

为实现高分子资料光致变形,目前常用的步骤是在SMP中引入光热转换资料或者光敏官能团[90]
。如图5(a)所示,Yang等[91]通过FDM技术打印了CB/TPU状态影象复合伙料,利用参与的CB高效的光热转换,实此刻光照前提下打印的向日葵发展和闭合
。

Jeong等[92]利用贸易化Polyjet打印机打印多彩SMP资料,利用资料的选择性光吸收和光热效应,实现SMP资料的远程非接触变形节制
。光热SMP资料变形的性质仍与热致变形SMP变形机理一致
。由于可见光和红外辐射驱动的状态影象效应仍是基于光热转换效应,因而在设计光致变形智能器件时,需对样件几何构型和颗粒散布进行精密设计
。

与通过光热效应节制SMP变形的机理分歧,另一种光致变形SMP变形机制是聚合物中的光敏官能团在分歧波长光的作用下,聚合物内部交联状态产生可逆转变,聚合物在宏观上阐发出一时状态和永远状态间的转换,这种变换不依赖温度的扭转
。如图5(b)所示,Hagaman等[93]通过DIW技术打印了含有偶氮苯基团的光致变形SMP,在外界光源的诱导下光响应基

团产生可逆结构转换,所制备的光响应驱动器拥有急剧响应的特点
。Ceamanos等[94]报道了在LCE中引入偶氮苯基团后,通过基团的光化学反映,引起液晶相态的变动,实现了光敏LCE的4D打印
。Kabb等[95]报道了通过增长香豆素衍生物制备了水溶可逆的凝胶,经打印后的样件可在分歧UV波长照射下实现水溶性的可逆转变
。在这些通过增材制作成形的光致变形智能器件中,在外界光引发下器件阐发出急剧机械响应、高荷重比和远程受控的优势
。但不论何种光致变形高分子资料,均受结构尺寸和驱动力的限度,难以满足现实利用的需要
。别的光热颗；；；蚬饷艋判杈】赡艿馗患谧柿侠砺勰芰Ω行У靥峁┍湫吻,这也是限度光致变形高分子资料利用的原因之一
。

2.5化学感应型高分子资料

化学感应型高分子资料是指高分子资料在化学物质作用下,出现可逆变形的资料
；；；Ц杏Ψ绞接泻枚,例如pH敏感、盐敏感、葡萄糖敏感水凝胶等
。智能水凝胶作为一类含有亲水基团、拥有三维网络结构的高分子聚合物,拥有极强的吸水和保水能力,在作为化学感应型资料拥有怪异的优势
。Tibbits等[96-97]通过扭转刚性塑料和水凝胶两种资料的空间散布,设计并打印了一系列由两种资料组合成的铰链结构
。该结构在浸入水后因水凝胶的膨胀作用,线性铰链结构自主折叠成三维立体结构
。如图6所示,Dutta等[98]利用SLA技术打印了拥有热响应和pH响应的水凝胶资料,通过调整水凝胶组分,所打印的水凝胶阐发出温度和pH值的双重响应成效
。Huang等[99]通过CLIP技术打印了钙离子触发变形的海藻酸(alginate)/聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)水凝胶
。该水凝胶拥有良好的离子电导率,可用于高活络度压力传感器和复杂柔性电子器件
。

表2[50-59,64,69-70,75-77,79-89,91-99]对增材制作各类高分子类智能资料的实现方式和驱动模式进行了综合总结,能够看出现有的钻研大无数是以热、电、光照、磁场等伎俩驱动SMP内固定相影象初始状态以及可逆相随温度产生可逆固化和软化反映的方式实现变形
。这种步骤可操作性强、合用领域广,但存在着节制精度差、变形速度慢的弊端
。对于智能水凝胶资料,在生物医药领域有着独到的优势,下一步研发拥有高力学强度、耐严苛环境的水凝胶将拥有优良的发展远景
。而LCE资料、DE资料以及磁场驱动的资料则必要较强的外部驱动源,限度了此类资料的利用
。因而,亟需新一代智能高分资料的研发,构建合用于新资料的增材制作技术,并进一步解决增材制作智能高分子资料的基础科学问题和工程技术问题
。将来将必要在研发新一代急剧响应、高机械强度和环境耐受性强的智能高分子资料,拥有自感知、自判断、自执行、自诊断职能的智能器件设计及增材制作步骤,增材制作智能高分子资料服役及失效机理等方面实现突破
。

3、增材制作陶瓷类智能资料

状态影象陶瓷凭据变形机理的分歧,可分为黏弹性状态影象陶瓷、马氏体相变状态影象陶瓷和铁电状态影象陶瓷
。状态影象陶瓷与状态影象合金相比,状态影象变形量小,相变热滞大,且在相变过程中随着累积变形的增长,导致裂纹的产生
。多种增材制作技术可用于状态影象陶瓷的成形,如SLS,FDM,DIW和SLA技术
。

典型的马氏体状态影象陶瓷氧化锆陶瓷(ZrO2),是一种与拥有马氏体相变合金类似的陶瓷资料,在应力诱导或加热前提下,实现可逆相转变
。He等[100]通过DLP技术打印了拥有复杂结构的ZrO2状态影象陶瓷,经烧结后所打印的零件拥有较高的致密度
。固然有大量关于增材制作ZrO2资料的报道[101-103],但多集中于ZrO2资料的耐高和善生物机能,鲜见关于资料状态影象效应的钻研工作
。

作为得到宽泛利用的铁电状态影象陶瓷,拥有反映速度快、优良的变形可控性、低能耗的特点
。但是由于受到陶瓷资料力学机能的限度,状态影象陶瓷变形量较小,且随着循环次数的增长状态回复率显著降低
。铁电状态影象陶瓷是通过铁电相变产生状态影象效应的一种资料,重要有锆钛酸铅(Pb[ZrxTi1-x]O3,PZT)、铌镁酸铅-钛酸铅(Pb[Mg1/3Nb2/3]O3-PbTiO3,PMN-PT)、钛酸钡(BaTiO3,BT)和铌酸钾钠((K,Na)NbO3,KNN)[104]
。Gureev等[105]通过SLS技术成形了拥有较高致密度的PZT资料
。Macedo等[106]通过SLS技术成形了高致密度和拥有高压电系数的钛酸铋资料
。

为改善陶瓷资料易开裂和寿命短的问题,通过SLS技术成形铁电陶瓷/高分子复合伙料系统拥有更大的利用价值
。Qi等[107]通过SLS技术制备了聚酰胺11(poly-ω-aminoundecanoyl,PA11)/BT/CNT三元复合伙料系统,所制备的复合粉体拥有更高的激光吸收率和更宽的烧结参数窗口
。此外,挤出式增材制作技术FDM和DIW技术宽泛利用于智能陶瓷复合伙料的打印
。Castles等[108]和Kim等[109]均通过FDM技术打印了BaTiO3/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和CNT/BaTiO3/PVDF复合伙料
。如图7(a)所示,Bodkhe等[110]通过多资料共挤出DIW打印技术同时挤出BT/PVDF压电层和导电墨水层
。通过该成形步骤实现了电极资料和压电资料的同时成形,该技术可用于打印传感-执行一体化智能器件、微动传感器和可穿戴设备等
。如图7(b)所示,Liu等[111]选取DIW技术打印ZrO2/PDMS复合伙料,并通过自动拉伸装置在基底拉伸产生预应力,在其上面打印出主结构
。当预应力开释后,形成4D打印所需的弹性体结构
。Li等[112]系统地钻研了锆钛酸铅镧((Pb,La)(Zr,Ti)O3,PLZT)打印墨水的制备及其DIW成形道理
。在经4h烧结后,PLZT打印样件拥有较高的致密度
。

与其他的以压电聚合物作为树脂基体打印铁电陶瓷的钻研工作分歧,Lim等[113]通过可急剧挥发的溶剂作为BT颗粒载体,打印实现后经溶剂挥发后实此刻柔性基体上BT资料的成形,该步骤可用于制作可穿戴装置、环境机械能网络装置、柔性传感器等
。Chen等[114]通过微立体光刻(micro-stereolithography,μSL)技术制备了KNN无铅压电陶瓷资料,并选取两步脱粘烧结工艺,获得了状态复杂、致密的KNN陶瓷
。这些打印的KNN陶瓷拥有良好的压电和铁电机能,可达到传统步骤制备的KNN压电陶瓷机能
。压电陶瓷/聚合物复合伙料系统拥有压电陶瓷的硬度、电机能和优异压电机能的特点,并同时拥有聚合物的柔韧性、低密度和成形工艺单一的特点
。

4、实现语

本文论述了金属、高分子和陶瓷类智能资料增材制作发展示状,智能资料是20世纪70年代发展起来的新兴职能资料,而增材制作则是20世纪80年代末问世的新兴制作步骤,因而“3D打印+智能资料”的概念引起了钻研人员极大的兴致,多种新打印步骤、资料和装置近年来大量地涌现
。然而与很多其他新兴技术一样,智能资料增材制作技术在现实利用中仍面对着很多挑战
。

增材制作技术不仅为智能资料的设计、制作和利用带来了一场颠覆性革命,同时也为航空航天、汽车制作、消费产品和生物医学等领域注入了新鲜的血液
。增材制作技术通过提供自由设计、大规模定制、多资料制作以及出产复杂几何状态部件的能力,解放了制作业、引发了创新理念
。但与此同时增材制作在与传统学科融合的过程中也亟需一套全面的设计准则、制作指南和实际利用尺度
。

增材制作智能资料的钻研工作重要集中在制作方面(如新资料的开发、新制作路线的论证等)
。然而,很少钻研可能充分利用增材制作智能资料所带来的设计自由度的提升
。若何构建融合伙料、职能、几何构型及随功夫变动等个性的一体化数字模型,并将数字模型每个别素点关联资料组合、结构设计或加工信息是下一步增材制作智能资料的钻研重点
。通过新型数字模型的成立,提取暗示智能器件功夫和空间特点的有关参数,并进一步钻研多刺激和多响应建！、职能演变和器件间的相互作用机制,可有效地预测蕴含状态影象资料、智能水凝胶、压电资料等肆意增材制作智能资料的变形法规
。

增材制作所涉及的智能资料涵盖了金属、高分子和陶瓷资料
。增材制作用智能资料的发展高度依赖于资料科学领域的突破
。增材制作金属类智能资料的粉末成分设计、粉末制备步骤、成形工艺规划和热处置工艺规划均影响所成形器件最终职能
。金属类智能资料因其较为刻薄的利用要求,在满足所需职能的前提下,仍需保障所成形器件的力学机能、抗委顿机能和耐侵蚀机能等
。与金属类智能资料相比,增材制作高分子类智能资料,在刺激信号鉴别、响应机制方面更为矫捷,但其也有响应精度差、寿命低和变形能量密度低的问题
。增材制作用高分子类智能资料正朝多刺激模式、多响应方式和多资料结合的方向发展
。同样地,增材制作陶瓷类智能资料也存在变形小、寿命差的问题
。

能够看出,通过单一资料系统已经无法满足各领域的利用需要,因而若何实现多资料尤其是分歧系统多资料的增材制作将是将来发展的重点
。

增材制作随着技术的不休进取,经历了从“从无到有”到“从有到好”到如今的“智能打印”的发展过程,资料上也从传统结构资料、复合伙料过渡到此刻的智能资料,所打印的器件也从结构支持件发展成了此刻的“结构-职能一体化”、“宏微观一体化”和“变形-变性-变职能”的智能器件
。增材制作技术的进取是离不开新资料研制、新结构设计理论、新建模工具和新评价系统各方面的进取
。因而,研发新一代混合式增材制作技术成形多激励响应、多职能的新型智能资料,实现“结构-职能”一体化智能构件的表白,将是智能资料增材制作步骤的钻研重点
。

参考文件

[1] 史玉升,伍宏志,闫春泽,等.4D打印———智能构件的增材制作技术[J].机械工程学报,2020,56(15):1-25.

SHIYS,WU HZ,YANCZ,etal.Four-dimensionalprinting—theadditive manufacturingtechnologyofintelligentcomponents  [J].JournalofMechanicalEngineering,2020,56(15):1-25.

[2] 曾成均,刘立武,边文凤,等.激励响应复合伙料的4D 打印及其利用钻研进展[J].资料工程,2020,48(8):1-13.

ZENGCJ,LIUL W,BIAN W F,etal.Progressin4Dprintingofstimulus-responsivecompositesanditsapplications[J].Journalof MaterialsEngineering,2020,48(8):1-13.

[3] TAKAGIT.Aconceptofintelligentmaterials[J].JournalofIn-telligentMaterialSystemsandStructures,1990,1(2):149-156.

[4] ALIM H,ABILGAZIYEV A,ADAIR D.4Dprinting:acritical reviewofcurrentdevelopments,andfutureprospects[J].TheIn-ternational Journal of Advanced Manufacturing Technology,2019,105(1/4):701-717.

[5] ELAHINIA M H,HASHEMIM,TABESH M,etal.Manufac-turingandprocessingofNiTiimplants:areview[J].Progressin MaterialsScience,2012,57(5):911-946.

[6] 黄海友,王伟丽,刘记立,等.高机能 Cu基状态影象合金组织设计钻研进展[J].中国资料进展,2016,35(11):835-842.

HUANG H Y,WANG W L,LIUJL,etal.Progressonmicro-structuredesignofhighperformanceCu-basedshapememoryal-loys[J].MaterialsChina,2016,35(11):835-842.

[7] MARUYAMA T,KUBO H.Ferrous(Fe-based)shapememory alloys(SMAs):properties,processingandapplications [M]∥WoodheadPublishingSeriesin MetalsandSurfaceEngineering.Shape Memoryand Superelastic Alloys.Cambridge:Woodhead Publishing,2011:141-159.

[8] LESTERB T,BAXEVANIS T,CHEMISKY Y,etal.Reviewandperspectives:shapememoryalloycompositesystems[J].ActaMechanica,2015,226(12):3907-3960.

[9] PARVIZIS,HASHEMISM,ASGARINIAF,etal.Effectivepa-rametersonthefinalpropertiesofNiTi-basedalloysmanufactured bypowdermetallurgymethods:areview[J].Progressin Materi-alsScience,2021,117:100739.

[10] CLAREA T,CHALKERPR,DAVIESS,etal.Selectivelaser meltingofhighaspectratio3D nickel-titanium structurestwo waytrainedforMEMSapplications[J].InternationalJournalof MechanicsandMaterialsinDesign,2008,4(2):181-187.

[11] KRISHNAB V,BOSES,BANDYOPADHYAY A.Laserpro-cessingofnet-shapeNiTishapememoryalloy[J].Metallurgical andMaterialsTransactionsA,2007,38(5):1096-1103.

[12] WANGJ,PANZ,YANG G,etal.Locationdependenceofmi-crostructure,phasetransformationtemperatureand mechanical propertiesonNi-rich NiTialloyfabricatedbywirearcadditivemanufacturing[J].MaterialsScienceandEngineering:A,2019,749(11):218-222.

[13] ELAHINIA M,SHAYESTEH MOGHADDAM N,TAHERI ANDANIM,etal.FabricationofNiTithroughadditivemanu-facturing:areview [J].Progressin MaterialsScience,2016,83:630-663.

[14] ZHANGQ,HAOS,LIUY,etal.Themicrostructureofaselec-tivelaser melting (SLM)-fabricated NiTishape memoryalloy withsuperiortensilepropertyandshapememoryrecoverability[J].AppliedMaterialsToday,2020,19:100547-100559.

[15] 尹燕,徐仰涛,沈婕,等.三元 Ni-Ti基状态影象合金的钻研近况[J].资料导报,2006,20(12):70-73.

YIN Y,XU Y T,SHENJ,etal.Reviewontheresearchstatusofternary NiTishape memoryalloy[J].Materials Reports,2006,20(12):70-73.

[16] UMALET,SALAS D,TOMESB,etal.Theeffectsofwide rangeofcompositionalchangesonthemartensitictransformation characteristicsofNiTiHfshapememoryalloys[J].Scripta Ma-terialia,2019,161:78-83.

[17] NESPOLIA,PASSARETTIF,VILLA E.Phasetransitionand mechanicaldampingproperties:aDMTAstudyofNiTiCushape memoryalloys[J].Intermetallics,2013,32:394-400.

[18] WANG M,JIANG M,LIAOG,etal.Martensitictransformation involved mechanicalbehaviorsand widehysteresisof NiTiNb shapememoryalloys[J].ProgressinNaturalScience:Materials International,2012,22(2):130-138.

[19] ELAHINIA M,MOGHADDAM N S,AMERINATANZIA,etal.Additive manufacturingofNiTiHfhightemperatureshape memoryalloy[J].ScriptaMaterialia,2018,145:90-94.

[20] SHIVAS,PALANIIA,MISHRA SK,etal.InfluenceofCu additiontoimproveshapememorypropertiesinNiTialloysde-velopedbylaserrapidmanufacturing[J].JournalofLaserMicroNanoengineering,2016,11(2):153-157.

[21] SHIVAS,YADAIAH N,PALANIIA,etal.Thermomechani-calanalysesandcharacterizationsofTiNiCushapememoryalloy structuresdevelopedbylaseradditivemanufacturing[J].Journal ofManufacturingProcesses,2019,48:98-109.

[22] DASGUPTA R.Alookinto Cu-basedshape memoryalloys:presentscenarioandfutureprospects[J].Journalof MaterialsResearch,2014,29(16):1681-1698.

[23] MAZZERE,KIMINAMICS,GARGARELLAP,etal.Atomi-zationandselectivelasermeltingofaCu-Al-Ni-Mnshapememo-ryalloy[J].MaterialsScienceForum,2014,802:343-348.

[24] GARGARELLA P,KIMINAMI C S,MAZZER E M,etal.Phaseformation,thermalstabilityandmechanicalpropertiesofa Cu-Al-Ni-Mnshape memoryalloy prepared byselectivelaser melting[J].MaterialsResearch,2015,18:35-38.

[25] GUSTMANN T,NEVESA,K?HN U,etal.Influenceofpro-cessingparametersonthefabricationofaCu-Al-Ni-Mnshape-memoryalloybyselectivelasermelting[J].Additive Manufac-turing,2016,11:23-31.

[26] GUSTMANN T,DOSSANTOSJM,GARGARELLAP,etal.PropertiesofCu-basedshape-memoryalloyspreparedbyselec- tivelasermelting[J].ShapeMemoryandSuperelasticity,2017,3(1):24-36.

[27] DONOSOGR,WALCZAK M,MOOREER,etal.Towardsdi-rectmetallaserfabricationofCu-basedshapememoryalloys[J].RapidPrototypingJournal,2017,23(2):329-336.

[28] 党明珠,朱文志,田健,等.激光选区溶解成形 Cu-Al-Mn-La状态影象合金[J].电加工与模具,2020(1):52-54.

DANG M Z,ZHU W Z,TIAN J,etal.Cu-Al-Mn-Lashapememoryalloyprocessedbyselectivelasermelting[J].Electro-machining& Mould,2020(1):52-54.

[29] 田健,朱文志,魏青松,等.激光选区溶解成形 Cu-Al-Ni-Ti状态影象合金资料钻研[C]∥中国机械工程学会特种加工分会、广东工业大学:第17届全国特种加工学术会讨论文集(下册).北京:中国机械工程学会,2017:6.

[30] TIANJ,ZHU WZ,WEIQS,etal.Processoptimization,micro-structuresandmechanicalpropertiesofaCu-basedshapememo- ryalloyfabricatedbyselectivelasermelting[J].JournalofAl-loysandCompounds,2019,785:754-764.

[31] 邹芹,党赏,李艳国,等.Fe-基状态影象合金的钻研进展[J].资料导报,2019,33(23):3955-3962.

ZOU Q,DANGS,LIYG,etal.Researchprogressofiron-basedshapememoryalloys:areview[J].MaterialsReports,2019,33 (23):3955-3962.

[32] NIENDORFT,BRENNEF,KROOΒP,etal.Microstructurale-volutionandfunctionalpropertiesofFe-Mn-Al-Nishapememory alloyprocessedbyselectivelasermelting[J].Metallurgicaland MaterialsTransactionsA,2016,47(6):2569-2573.

[33] FARAN E,SHILO D.Ferromagneticshape memoryalloys—challenges,applications,andexperimentalcharacterization[J].ExperimentalTechniques,2016,40(3):1005-1031.

[34] BACHAGA T,ZHANGJ,KHITOUNI M,etal.NiMn-based Heuslermagneticshapememoryalloys:areview[J].TheInter-nationalJournalofAdvanced ManufacturingTechnology,2019,103(5):2761-2772.

[35] MOSTAFAEIA,KIMES K A,STEVENS E L,etal.Micro-structuralevolutionandmagneticpropertiesofbinderjetadditive manufacturedNi-Mn-Gamagneticshapememoryalloyfoam[J].ActaMaterialia,2017,131:482-490.

[36] CAPUTO M P,BERKOWITZAE,ARMSTRONG A,etal.4DprintingofnetshapepartsmadefromNi-Mn-Gamagneticshape- memoryalloys[J].AdditiveManufacturing,2018,21:579-588.

[37] NARITAF,FOX M.Areviewonpiezoelectric,magnetostric-tive,and magnetoelectric materialsanddevicetechnologiesfor energyharvestingapplications[J].AdvancedEngineering Mate-rials,2018,20(5):1700743.

[38] YANGXS,LIUJ,CUIX,etal.Effectofremeltingonmicro-structureandmagneticpropertiesofFe-Co-basedalloysproduced bylaseradditive manufacturing[J].Journalof PhysicsandChemistryofSolids,2019,130:210-216.

[39] 杨晓珊.激 光 增 材 制 造 Fe-Co基 合 金 的 磁 学 及 力 学 性 能 研 究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2019.

YANGXS.MagneticandmechanicalpropertiesofFe-Cobased alloysfabricatedbylaseradditive manufacturing[D].Harbin:HarbinEngineeringUniversity,2019.

[40] HAHNLENR,DAPINO MJ.Performanceandmodelingofac-tivemetal-matrixcompositesmanufacturedbyultrasonicadditive manufacturing[C]∥ ProceedingsofSPIE7979:IndustrialandCommercial Applications of Smart Structures Technologies 2011.Bellingham:SPIE-InternationalSocietyforOpticalEngi-neering,2011:797903.

[41] SCHEIDLERJJ,DAPINO MJ.StiffnesstuningofFeGastruc-turesmanufacturedbyultrasonicadditive manufacturing[C]∥ProceedingsofSPIE9059:IndustrialandCommercialApplica-tionsofSmartStructuresTechnologies2014.Bellingham:SPIE- TheInternationalSocietyforOpticalEngineering,2014:905907.

[42] XIA Y,HEY,ZHANGF,etal.Areviewofshapememorypol-ymersandcomposites:mechanisms,materials,andapplications[J].AdvancedMaterials,2021,33(6):2000713.

[43] 韩昕,李孟宇,肖航,等.水凝胶:智能资料的新平台[J].利用化工,2019,48(9):2184-2188.

HANX,LIM Y,XIAO H,etal.Hydrogel:anewplatformforsmartmaterials[J].Applied ChemicalIndustry,2019,48(9):2184-2188.

[44] CHENC,WANGX,WANGY,etal.Additivemanufacturingofpiezoelectric materials[J]. Advanced Functional Materials,2020,30(52):2005141.

[45] RASTOGIP,NJUGUNAJ,KANDASUBRAMANIAN B.Ex-plorationofelastomericandpolymericliquidcrystalswithphoto-thermalactuation:areview [J].European PolymerJournal,2019,121:109287.

[46] YUANC,ROACH DJ,DUNNCK,etal.3Dprintedreversibleshapechangingsoftactuatorsassistedbyliquidcrystalelasto-mers[J].SoftMatter,2017,13(33):5558-5568.

[47] KOTIKIAN A,MCMAHANC,DAVIDSONEC,etal.Unteth-eredsoftroboticmatterwithpassivecontrolofshapemorphingandpropulsion[J].ScienceRobot,2019,4(33):7044.

[48] 巫金波,温维佳.场诱导软物质智能资料钻研进展[J].物理学报,2016,65(18):112-124.

WU JB,WEN W J.Researchprogressoffield-inducedsoftsmartmaterials[J].ActaPhysicaSinica,2016,65(18):112-124.

[49] KUANGX,ROACH DJ,WUJ,etal.Advancesin4Dprinting:materialsandapplications[J].AdvancedFunctionalMaterials,2019,29(2):1805290.

[50] WANGJ,WANG Z,SONG Z,etal.Biomimeticshape-colordouble-responsive4Dprinting[J].AdvancedMaterialsTechnol-ogies,2019,4(9):1900293.

[51] LIU H,HE H,HUANG B.Favorablethermoresponsiveshapememoryeffectsof3Dprintedpoly(lacticacid)/poly(ε-caprolac-tone)blendsfabricatedbyfuseddepositionmodeling[J].Macro-molecularMaterialsandEngineering,2020,35(11):2000295.

[52] LIU W,WU N,POCHIRAJU K.Relationshipbetweenconduc-tivitiesandshapememoryperformanceofFDM compositefila-ments[C]∥Proceedingsofthe ASME2017International Me-chanicalEngineeringCongressandExposition.Florida:Ameri-canSocietyofMechanicalEngineers,2017:70452.

[53] LIU Y,ZHANG W,ZHANGF,etal.Microstructuraldesignforenhancedshapememorybehaviorof4Dprintedcompositesbased oncarbonnanotube/polylacticacidfilament[J].CompositesSci-enceandTechnology,2019,181(8):107692.

[54] CHEN Q,MANGADLAOJD,WALLATJ,etal.3Dprintingbiocompatiblepolyurethane/poly(lactic acid)/graphene oxide nanocomposites:anisotropicproperties[J].ACSAppliedMateri-als&Interfaces,2017,9(4):4015-4023.

[55] CHEND,LIU Q,HANZ,etal.4Dprintingstrainself-sensingandtemperature self-sensing integrated sensor-actuator with bioinspiredgradientgaps[J].AdvancedScience,2020,7(13):2000584.

[56] MAC,WUS,ZE Q,etal.Magneticmultimaterialprintingfor multimodalshapetransformation withtunable propertiesand shiftablemechanicalbehaviors[J].ACSAppliedMaterials&In-terfaces,2020,13(11):12639-12648.

[57] KOTIKIAN A,TRUBYRL,BOLEYJW,etal.3Dprintingofliquidcrystalelastomericactuatorswithspatiallyprogramedne-maticorder[J].AdvancedMaterials,2018,30(10):1706164.

[58] WANX,ZHANG F,LIU Y,etal.CNT-basedelectro-respon-siveshapememoryfunctionalized3Dprintednanocompositesfor liquidsensors[J].Carbon,2019,155:77-87.

[59] NAFICYS,GATELY R,GORKINIIIR,etal.4Dprintingof reversibleshapemorphinghydrogelstructures[J].Macromolec- ularMaterialsandEngineering,2017,302(1):1600212.

[60] PINARGOTE N W S,SMIRNOV A,PERETYAGIN N,etal.Directink writingtechnology (3Dprinting)ofgraphene-based ceramicnanocomposites:areview[J].Nanomaterials,2020,10(7):1300.

[61] BEKASDG,HOUY,LIUY,etal.3Dprintingtoenablemulti-functionalityinpolymer-basedcomposites:areview[J].Compos-ites:PartB,2019,179:107540.

[62] RAFIEE M,FARAHANIRD,THERRIAULTD.Multi-mate-rial3Dand4Dprinting:asurvey[J].AdvancedScience,2020,7(12):1902307.

[63] HAN D,LEE H.Recentadvancesin multi-materialadditivemanufacturing:methodsandapplications[J].CurrentOpinionin ChemicalEngineering,2020,28:158-166.

[64] SHAN W,CHENY,HU M,etal.4Dprintingofshapememory polymervialiquidcrystaldisplay (LCD)stereolithographic3D printing[J].MaterialsResearchExpress,2020,7(10):105305.

[65] YANG Y,LIX,CHU M,etal.Electricallyassisted3Dprinting ofnacre-inspiredstructureswithself-sensingcapability[J].Sci-enceadvances,2019,5(4):9490.

[66] SAFAEES,CHENR.Investigationofamagneticfield-assisted digital-light-processingstereolithographyforfunctionallygraded materials[J].ProcediaManufacturing,2019,34:731-737.

[67] TUMBLESTONJR,SHIRVANYANTSD,ERMOSHKIN N,etal.Continuousliquidinterfaceproductionof3Dobjects[J].Science,2015,347(6228):1349-1352.

[68] KELLYBE,BHATTACHARYAI,HEIDARIH,etal.Volu-metricadditive manufacturingvia tomographicreconstruction [J].Science,2019,363(6431):1075-1079.

[69] CHOONG Y YC,MALEKSAEEDIS,ENG H,etal.4Dprint-ingofhighperformanceshape memorypolymerusingstereo- lithography[J].Materials& Design,2017,126:219-225.

[70] MISHRA AK,WALLINTJ,PAN W,etal.Autonomicperspi-rationin3D-printedhydrogelactuators[J].ScienceRobotics,2020,5(38):3918.

[71] MU Q,WANGL,DUNNCK,etal.Digitallightprocessing3D printingofconductivecomplexstructures[J].AdditiveManufac-turing,2017,18:74-83.

[72] DUAN W,LIS,WANG G,etal.Thermalconductivitiesand mechanicalpropertiesofAlNceramicsfabricatedbythreedimen-sionalprinting[J].JournaloftheEuropean CeramicSociety,2020,40(10):3535-3540.

[73] ZUO Y,YAOZ,LIN H,etal.Digitallightprocessing3Dprint-ingofgraphene/carbonyliron/polymethyl methacrylatenano-compositesforefficientmicrowaveabsorption[J].Composites:PartB,2019,179:107533.

[74] DIENELKEG,VANBOCHOVEB,SEPP?L?JV.Additivemanufacturingofbioactivepoly(trimethylenecarbonate)/β-tri-calciumphosphatecompositesforboneregeneration[J].Biomac-romolecules,2020,21(2):366-375.

[75] GEQ,QIHJ,DUNN M L.Activematerialsbyfour-dimensionprinting[J].AppliedPhysicsLetters,2013,103(13):131901.

[76] GEQ,DUNNCK,QIHJ,etal.Activeorigamiby4Dprinting[J].SmartMaterialsandStructures,2014,23(9):094007.

[77] DINGZ,YUANC,PENGX,etal.Direct4Dprintingviaactivecompositematerials[J].ScienceAdvances,2017,3(4):1602890.

[78] 李允,史礼君,豆波,等.电致变形聚合物资料及其利用[J].高分子传递,2020(6):1-15.

LIY,SHILJ,DOU B,etal.Electro-inducedshape-changingpolymermaterialsanditsapplications[J].ChinesePolymerBul-letin,2020(6):1-15.

[79] LIJ,LONG Y,YANG F,etal.Multifunctionalartificialarteryfromdirect3Dprintingwithbuilt-inferroelectricityandtissue-matchingmodulusforreal-timesensingandocclusionmonitoring[J].AdvancedFunctionalMaterials,2020,30(39):2002868.

[80] BODKHES,TURCOTG,GOSSELINFP,etal.One-stepsol-ventevaporation-assisted 3D printing of piezoelectric PVDFnanocompositestructures[J].ACS Applied Materials & Inter-faces,2017,9(24):20833-20842.

[81] KIM H,MANRIQUEZLCD,ISLAM M T,etal.3Dprintingofpolyvinylidenefluoride/photopolymerresinblendsforpiezoe-lectricpressuresensingapplicationusingthestereolithographytechnique[J].MRSCommunications,2019,9(3):1115-1123.

[82] KIM H,FERNANDOT,LIM,etal.Fabricationandcharacter-izationof3DprintedBaTiO3/PVDFnanocomposites[J].Journal ofCompositeMaterials,2018,52(2):197-206.

[83] ZHOU F,ZHANG M,CAO X,etal.Fabricationandmodelingofdielectricelastomersoftactuatorwith3Dprintedthermoplas-ticframe[J].SensorsandActuatorsA,2019,292:112-120.

[84] HAND,FARINOC,YANGC,etal.Softroboticmanipulationandlocomotion witha3D printedelectroactivehydrogel[J].ACS Applied Materials & Interfaces,2018,10(21):17512-17518.

[85] ZHANGF,WANGL,ZHENGZ,etal.Magneticprogrammingof4Dprintedshapememorycompositestructures[J].Compos-ites:PartA,2019,125:105571.

[86] KIM Y,YUK H,ZHAO R,etal.Printingferromagneticdo-mainsforuntetheredfast-transformingsoftmaterials [J].Na-ture,2018,558(7709):274-279.

[87] WU H,ZHANGX,MAZ,etal.Amaterialcombinationconcepttorealize4D printedproducts withnewlyemergingproperty/ functionality[J].AdvancedScience,2020,7(9):1903208.

[88] BASTOLA A K,PAUDEL M,LIL.Developmentofhybridmagnetorheologicalelastomersby3D printing [J].Polymer,2018,149:213-228.

[89] JACKSONJ A,MESSNER M C,DUDUKOVIC N A,etal.Fieldresponsive mechanical metamaterials[J].Science Ad-vances,2018,4(12):6419.

[90] 张纪雯,白永康,陈鑫.光致状态影象聚合物的钻研进展[J].中国科学:技术科学,2020,50(12):1546-1562.

ZHANGJ W,BAIY K,CHEN X.Developmentoflight-in-ducedshapememorypolymers[J].ScientiaSinicaTechnologica,2020,50(12):1546-1562.

[91] YANG H,LEOW W R,WANG T,etal.3Dprintedphotore-sponsivedevicesbasedonshape memorycomposites[J].Ad-vancedMaterials,2017,29(33):1701627.

[92] JEONG H Y,WOOB H,KIM N,etal.Multicolor4Dprintingofshape-memorypolymersforlight-inducedselectiveheatingand remoteactuation[J].ScientificReports,2020,10(1):6258.

[93] HAGAMANDE,LEISTS,ZHOUJ,etal.Photoactivatedpol-ymericbilayeractuatorsfabricatedvia3Dprinting[J].ACSAp- pliedMaterials&Interfaces,2018,10(32):27308-27315.

[94] CEAMANOSL,KAHVECIZ,L?PEZ-VALDEOLIVAS M,etal.Four-dimensionalprintedliquidcrystallineelastomeractua-torswithfastphotoinduced mechanicalresponsetowardlight-drivenroboticfunctions[J].ACS Applied Materials & Inter-faces,2020,12(39):44195-44204.

[95] KABBCP,O’BRYAN CS,DENG CC,etal.Photoreversiblecovalenthydrogelsforsoft-matteradditive manufacturing[J]. ACSAppliedMaterials&Interfaces,2018,10(19):16793-16801.

[96] TIBBITSS.4Dprinting:multi-materialshapechange[J].Ar-chitecturalDesign,2014,84(1):116-121.

[97] RAVIVD,ZHAO W,MCKNELLYC,etal.Activeprintedma-terialsforcomplexself-evolvingdeformations[J].ScientificRe-ports,2014,4:7422.

[98] DUTTAS,COHND.TemperatureandpHresponsive3Dprin-tedscaffolds[J].JournalofMaterialsChemistryB,2017,5(48):9514-9521.

[99] HUANGB,HU R,XUE Z,etal.Continuousliquidinterfaceproductionofalginate/polyacrylamidehydrogelswithsupramo-lecularshape memoryproperties[J].CarbohydratePolymers,2020,231:115736.

[100] HER,LIU W,WUZ,etal.Fabricationofcomplex-shapedzir-conia ceramic parts via a DLP-stereolithography-based 3D

printingmethod[J].CeramicsInternational,2018,44(3):3412-3416.

[101] SHAO H,ZHAO D,LIN T,etal.3Dgel-printingofzirconiaceramicparts[J].CeramicsInternational,2017,43(16):13938-13942.

[102] EBERTJ,?ZKOLE,ZEICHNER A,etal.Directinkjetprint-ingofdentalprosthesesmadeofzirconia[J].Journalofdentalresearch,2009,88(7):673-676.

[103] WANG W,YU H,LIU Y,etal.Truenessanalysisofzirconia crownsfabricatedwith3-dimensionalprinting[J].TheJournal ofProstheticDentistry,2019,121(2):285-291.

[104] TRAVITZKY N,BONET A,DERMEIK B,etal.Additivemanufacturingofceramic-basedmaterials[J].AdvancedEngi-neeringMaterials,2014,16(6):729-754.

[105] GUREEV D,RUZHECHKO R,SHISHKOVSKIII.SelectivelasersinteringofPZTceramicpowders[J].TechnicalPhysicsLetters,2000,26(3):262-264.

[106] MACEDOZ,LENTE M,EIRASJ,etal.Dielectricandferroe-lectricpropertiesofBi 4Ti 3O12ceramicsproducedbyalasersin-teringmethod[J].JournalofPhysics,2004,16(16):2811.

[107] QIF,CHEN N,WANG Q.Dielectricandpiezoelectricproper-tiesinselectivelasersinteredpolyamide11/BaTiO3/CNTterna-rynanocomposites[J].Materials& Design,2018,143:72-80.

[108] CASTLESF,ISAKOV D,LUIA,etal.Microwavedielectric characterisationof3D-printedBaTiO3/ABSpolymercomposites [J].ScientificReports,2016,6(1):22714.

[109] KIM H,JOHNSONJ,CHAVEZLA,etal.Enhanceddielectric propertiesofthreephasedielectric MWCNTs/BaTiO3/PVDF

nanocompositesforenergystorageusingfuseddepositionmod-eling3D printing[J].CeramicsInternational,2018,44(8):9037-9044.

[110] BODKHES,NOONANC,GOSSELINFP,etal.Coextrusionofmultifunctionalsmartsensors[J].Advanced EngineeringMaterials,2018,20(10):1800206.

[111] LIU G,ZHAO Y,WU G,etal.Origamiand4D printingofelastomer-derivedceramicstructures[J].Science Advances,2018,4(8):0641.

[112] LIY Y,LIL T,LIB.Directink writingof3-3piezoelectriccomposite[J].JournalofAlloysandCompounds,2015,620:125-128.

[113] LIMJ,JUNG H,BAEKC,etal.All-inkjet-printedflexiblepie-zoelectricgenerator madeofsolventevaporationassisted Ba-

TiO3hybridmaterial[J].NanoEnergy,2017,41:337-343.

[114] CHEN W,WANGF,YANK,etal.Micro-stereolithographyofKNN-basedlead-freepiezoceramics[J].CeramicsInternation-al,2019,45(4):4880-4885.

收稿日期:2020-11-29;订正日期:2022-03-14

通讯作者:周燕(1987—),女,副教授,博士,钻研方向为增材制作,联系地址:湖北省武汉市中国地质大学(武 汉)工 程 学 院(430074),E-mail:zhouyan@cug.edu.cn

有关链接