顆粒在線訊：3D打印技術(shù)又稱增材制造，3D打印技術(shù)和刺激響應(yīng)材料的結(jié)合稱為4D打印技術(shù)。不同于3D打印的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，4D打印技術(shù)制備的材料是一種可在外界刺激下隨時(shí)間變形的結(jié)構(gòu)。在刺激響應(yīng)材料中，形狀記憶聚合物是常用的4D打印材料。但由于難以制備打印墨水，鮮有利用打印技術(shù)制備高性能形狀記憶聚合物的報(bào)道。雙酚A型氰酸酯作為高性能聚合物材料，具有高強(qiáng)度、高轉(zhuǎn)變溫度、低吸水率和抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航天航空等領(lǐng)域。但雙酚A型氰酸酯材料存在在有機(jī)溶劑中難以溶解等問題，限制了氰酸酯材料的3/4D打印。

　　中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所先進(jìn)潤(rùn)滑與防護(hù)材料研發(fā)中心研究員王齊華、王廷梅帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)和蘭州理工大學(xué)教授張建強(qiáng)合作，通過環(huán)氧和氰酸酯預(yù)聚、雙鍵光固化和聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熱固化三步策略，首次實(shí)現(xiàn)了雙酚A型氰酸酯的3/4D打印，制備的墨水可適用于數(shù)字光固化（DLP）和直接墨水書寫（DIW）兩種打印方式（圖1）。打印的結(jié)構(gòu)具有低體積收縮率、高強(qiáng)度、高轉(zhuǎn)變溫度和優(yōu)異的形狀記憶效應(yīng)。該工作為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。

　　3D打印形狀記憶氰酸酯聚合物可形成4D打印氰酸酯聚合物。研究人員使用墨水打印的螺旋彈簧可被壓縮或拉伸，并在78秒內(nèi)恢復(fù)形狀，證明了彈簧良好的形狀記憶效應(yīng)（shape memory effect，簡(jiǎn)稱SME）。打印的“C”形輪廓密封圈在210℃溫度下變形，在87秒內(nèi)完成形狀恢復(fù)。該研究可解決安裝剛性密封圈的問題，尤其是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的密封圈。

　　智能模具可多次重復(fù)利用，具有廣闊應(yīng)用前景。研究人員通過3D打印出花生形狀的模具將浸有光固化油墨的芳綸纖維纏繞在3D打印的花生形狀模具上，通過模具變形脫模獲得沙漏狀復(fù)合材料，解決了傳統(tǒng)模具難以一體化制備此類異型件的難題，并實(shí)現(xiàn)了模具的重復(fù)使用，打印的不同結(jié)構(gòu)如圖2所示。該研究為高強(qiáng)度形狀記憶聚合物(SMP)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)(圖2)。相關(guān)成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。

　　研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）培育項(xiàng)目的支持。

圖1.4D打印過程以及兩種打印方式

圖2.4D打印的結(jié)構(gòu)及形狀記憶演示應(yīng)用