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2、3D打印智能材料結構的應用

 智能材料結構的3D打印技術克服了傳統智能材料制備方法難以制備復雜形狀智能材料結構的缺點，使制備任意復雜形狀三維智能材料結構成為可能。目前3D打印智能材料在環境自適應機構、結構健康監測、柔性機械、自執行系統等領域進行了初步應用。

2.1 環境自適應機構與結構健康監測

 很多智能材料同時具有驅動功能和傳感功能，如形狀記憶合金(SMA)，既可以作為驅動器在不同溫度激勵下產生變形，又可以對構件內部的應變、溫度、裂紋進行實時測量，探測其疲勞和受損傷情況。

 M.Dapino等提出了通過超聲增材制造技術(Ultrasonic Additive Manufacturing，UAM)將不同的金屬材料、智能材料結合成智能結構，該智能結構具有在不同環境下改變形狀結構和結構監測的功能。UAM指在室溫下通過超聲波將金屬薄片結合在一起，逐層結合固化實現三維實體結構。M.Dapino等利用UAM技術將形狀記憶合金（SMA）等智能材料結合到金屬基體中，得到的智能結構可以根據需求改變形狀(圖11)，而且可以實現智能結構的健康監測和壽命預測，該智能結構可用于智能汽車和智能航天器的設計制造。

2.2 柔性機器人

 3D打印智能材料結構廣泛應用于柔性機器人領域，相比于由硬質材料如金屬、陶瓷、塑料制成的傳統機械，柔性機器人在醫療機器人和仿生機器人等領域有著巨大的應用價值和前景。M.Landgraf等提出利用DE材料的3D打印技術制造DE堆棧結構柔性機械，DE堆棧結構是將多個DE薄膜驅動器堆疊在一起，同時加載電壓，使每個DE智能材料在厚度方向的收縮變形疊加成大收縮變形，堆棧結構DE的傳統制備方法是利用手工或者半自動的制造方法將制備好的DE薄膜智能材料逐個疊加，該方法制造工藝復雜且難以制造多層DE堆棧結構智能機械。M.Landgraf等利用噴霧3D打印技術(Aerosol Jet Printing)將DE基體材料與電極材料逐層打印固化，形成電極材料與DE基體材料交替的DE堆棧式智能柔性機械。采用DE材料的3D打印技術制造堆棧式柔性機械，不僅減少了制造工藝復雜度和生產時間，而且提高了制造精度，可制造任意層數和任意形狀結構的多層DE堆棧結構柔性智能機械。3D打印智能材料結構必將推進柔性機器人的快速發展。

2.3、自執行系統

 S.Felton和M.Tolley等利用形狀記憶聚合物(SMP)的3D打印技術制造了自執行系統(Self-Deployable Systems)。該課題組利用3D打印技術將形狀記憶聚合物與硬質基體材料結合成智能結構，在外界環境刺激下由3D打印技術制造的智能結構可以發生自組裝和自折疊，自執行系統可以應用于探測器和物流等多個領域[20]。該課題組利用SMP的3D打印技術將SMP與硬質有機聚合物基體結合成自執行智能結構--蠕蟲機器人(Inchworm Robot)，通過控制蠕蟲機器人反復彎曲折疊變形可實現前進運動（圖12）。同樣，SMP的3D打印技術還可應用于物流領域，可以將三維實體結構打印成二維結構，在物流過程中節省存儲運輸空間，需要使用時通過外界環境激勵使其變形為三維結構實現功能。

未完待續；