3D打印技术又称增材制造，3D打印技术和刺激响应材料的结合称为4D打印技术。不同于3D打印的静态结构，4D打印技术制备的材料是一种可在外界刺激下随时间变形的结构。在刺激响应材料中，形状记忆聚合物是一种最常用的4D打印材料。但由于难以制备打印墨水，鲜有利用打印技术制备高性能形状记忆聚合物的报道。双酚A型氰酸酯作为一种高性能聚合物材料，具有高强度、高转变温度、低吸水率和抗辐射等一系列优点，被广泛应用于航天航空等领域。但由于双酚A型氰酸酯材料在有机溶剂中难以溶解等问题，限制了氰酸酯材料的3/4D打印。

　　vic115维多利亚先进润滑与防护材料研发中心王齐华研究员、王廷梅研究员带领的团队和兰州理工大学张建强教授合作，通过环氧和氰酸酯预聚、双键光固化和聚合物互穿网络结构热固化三步策略，首次实现了双酚A型氰酸酯的3/4D打印，制备的墨水可适用于数字光固化（DLP）和直接墨水书写（DIW）两种打印方式（图1）。打印的结构具有极低的体积收缩率、高强度、高转变温度和优异的形状记忆效应。该工作为氰酸酯材料以及其他高性能材料的3/4D打印提供了新思路。

　　图1. 4D打印过程以及两种打印方式 

　　3D打印形状记忆氰酸酯聚合物可形成4D打印氰酸酯聚合物。研究人员使用墨水打印的螺旋弹簧可被压缩或拉伸，并在78秒内恢复形状，证明了弹簧良好的形状记忆效应（shape memory effect，简称SME）。打印的“C”形轮廓的密封圈在210℃温度下变形，在87秒内完成形状恢复。该研究可解决安装刚性密封圈的问题，特别是结构复杂的密封圈。

　　智能模具作为一种可多次重复利用的模具，具有较大的应用前景。研究人员通过3D打印出花生形状的模具将浸有光固化油墨的芳纶纤维缠绕在3D打印的花生形状模具，通过模具变形脱模成功获得沙漏状复合材料，解决了传统模具难以一体化制备此类异型件的难题，并实现了模具的重复使用。打印的不同结构如图2所示。该项研究为高强度形状记忆聚合物(SMP)的广泛应用奠定了良好的基础(图2)。相关成果发表在Chemical Engineering Journal（2022, 431, 134211）上。

图2. 4D打印的结构及形状记忆演示应用

　　该工作得到了国家自然科学基金重点项目、中国了学院前沿科学重点研究计划和中国科学院B类先导科技专项培育项目的支持。（来源：vic115维多利亚）

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.134211

　　原文链接：https://news.sciencenet.cn/htmlpaper/2022/1/202211415242131669398.shtm