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2013 年，Tibbits 提出了“四维打印”（或 4D 打印）的概念 [1]。他使用喷墨打印机打印活性（或可编程）聚合物复合材料，其形状可以在水下随时间演变。不久之后，Qi 等人提出了打印活性复合材料 (PAC) 的概念，该复合材料可以利用形状记忆聚合物 (SMP) 转变为各种复杂的结构 [2]。这些开创性的工作开辟了 4D 打印的新领域，引起了研究界和工业界越来越多的关注。在图 1.1a 中，示意图显示了从一维 (1D) 到 4D 的结构差异。结构在从一维到三维 (3D) 的维度上显示出更高的复杂性。4D 打印最初被定义为“3D 打印形状 + 时间”，其中第四维是时间 [2–6]。目前，4D打印的定义已经扩大，不仅包括形状，还包括打印后在预定刺激下随时间变化的3D打印结构的属性和功能。在4D打印技术中，刺激响应性材料和适当的结构设计通常用于形状可编程结构的3D打印。与传统的3D打印静态物体相比，4D打印结构能够在外界刺激下随时间改变其形状、大小、颜色或其他功能特性。打印后按需改变形状和属性有几个突出的优势。首先，它允许直接制造智能结构/设备。其次，它节省了打印时间和材料，特别是对于薄壁结构制造。第三，它可以节省打印部件的储存和运输空间[7]。由于这些原因，4D打印已成为智能材料和先进制造等各个学科中快速发展的研究领域。得益于 3D 打印技术、刺激响应材料以及基于设计和建模的方法的巨大进步，4D 打印在过去几年中取得了重大进展 [3, 8–11]。3D 打印或增材制造 (AM) 已成为先进制造业的颠覆性技术 [12, 13]。
1 4D 打印简介：概念和材料系统
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