2、3D打印智能材料结构的应用

 智能材料结构的3D打印技术克服了传统智能材料制备方法难以制备复杂形状智能材料结构的缺点，使制备任意复杂形状三维智能材料结构成为可能。目前3D打印智能材料在环境自适应机构、结构健康监测、柔性机械、自执行系统等领域进行了初步应用。

2.1 环境自适应机构与结构健康监测

 很多智能材料同时具有驱动功能和传感功能，如形状记忆合金(SMA)，既可以作为驱动器在不同温度激励下产生变形，又可以对构件内部的应变、温度、裂纹进行实时测量，探测其疲劳和受损伤情况。

 M.Dapino等提出了通过超声增材制造技术(Ultrasonic Additive Manufacturing，UAM)将不同的金属材料、智能材料结合成智能结构，该智能结构具有在不同环境下改变形状结构和结构监测的功能。UAM指在室温下通过超声波将金属薄片结合在一起，逐层结合固化实现三维实体结构。M.Dapino等利用UAM技术将形状记忆合金（SMA）等智能材料结合到金属基体中，得到的智能结构可以根据需求改变形状(图11)，而且可以实现智能结构的健康监测和寿命预测，该智能结构可用于智能汽车和智能航天器的设计制造。

2.2 柔性机器人

 3D打印智能材料结构广泛应用于柔性机器人领域，相比于由硬质材料如金属、陶瓷、塑料制成的传统机械，柔性机器人在医疗机器人和仿生机器人等领域有着巨大的应用价值和前景。M.Landgraf等提出利用DE材料的3D打印技术制造DE堆栈结构柔性机械，DE堆栈结构是将多个DE薄膜驱动器堆叠在一起，同时加载电压，使每个DE智能材料在厚度方向的收缩变形叠加成大收缩变形，堆栈结构DE的传统制备方法是利用手工或者半自动的制造方法将制备好的DE薄膜智能材料逐个叠加，该方法制造工艺复杂且难以制造多层DE堆栈结构智能机械。M.Landgraf等利用喷雾3D打印技术(Aerosol Jet Printing)将DE基体材料与电极材料逐层打印固化，形成电极材料与DE基体材料交替的DE堆栈式智能柔性机械。采用DE材料的3D打印技术制造堆栈式柔性机械，不仅减少了制造工艺复杂度和生产时间，而且提高了制造精度，可制造任意层数和任意形状结构的多层DE堆栈结构柔性智能机械。3D打印智能材料结构必将推进柔性机器人的快速发展。

2.3、自执行系统

 S.Felton和M.Tolley等利用形状记忆聚合物(SMP)的3D打印技术制造了自执行系统(Self-Deployable Systems)。该课题组利用3D打印技术将形状记忆聚合物与硬质基体材料结合成智能结构，在外界环境刺激下由3D打印技术制造的智能结构可以发生自组装和自折叠，自执行系统可以应用于探测器和物流等多个领域[20]。该课题组利用SMP的3D打印技术将SMP与硬质有机聚合物基体结合成自执行智能结构--蠕虫机器人(Inchworm Robot)，通过控制蠕虫机器人反复弯曲折叠变形可实现前进运动（图12）。同样，SMP的3D打印技术还可应用于物流领域，可以将三维实体结构打印成二维结构，在物流过程中节省存储运输空间，需要使用时通过外界环境激励使其变形为三维结构实现功能。

未完待续；