近日，南方科技大学（SUSTech）机械与能源工程系葛奇教授团队在可重构4D打印技术领域取得重要进展。他们开发出一种具有高机械性能的共价自适应网络形状记忆聚合物（MRC-SMP），可用于数字光处理（DLP）高分辨率3D打印，成功实现了可重构、大变形和高精度的4D打印。

这一研究成果以《通过机械稳健协同自适应网络形状记忆聚合物实现可重构4D打印》为题，发表在《科学进展》期刊上。

研究亮点

传统形状记忆聚合物（SMPs）常用于4D打印，具有较高模量，但因多为热固性材料，其形状记忆特性局限于单一永久形状。近年的研究尝试将共价自适应网络（CAN）引入SMPs，以实现多种永久形状的可重构性，但现有动态共价SMP在形状记忆性能、变形与重构能力以及高精度可打印性上难以兼顾。

图 1. MRC-SMP 的可重构、大变形和高分辨率 4D 打印

为解决这些问题，葛奇教授团队开发的MRC-SMP材料具有以下特点：

• 高机械性能：具备优异的形状记忆性能和大变形能力。
• 可重构性：通过转酯化反应实现永久形状的重新配置。
• 高精度打印：支持DLP高分辨率打印技术。
  

创新成果

研究团队利用DLP打印技术，开发出具有显著大变形行为和形状记忆特性的MRC-SMP晶格结构，通过转酯化反应实现永久形状的重构，同时保持优异的形状记忆性能。

此外，该材料具备高强度焊接能力，能够通过焊接与形状重构制作复杂结构。例如，通过焊接三个MRC-SMP晶格结构和一个MRC-SMP连接器，形成了能够抓取重物的机械抓手。抓手可通过形状记忆过程从展开状态恢复到抓取状态，完成重物的举升任务。

图 2. 多材料可重构形状记忆折纸

团队还结合MRC-SMP的可重构特性与多材料打印技术，快速制造出三维形状记忆折纸结构。以MRC-SMP作为变形铰链，高强度光固化树脂作为刚性表面，成功构建出在室温下具备高刚度并能承受重载的折纸结构。

研究意义

这一成果展示了MRC-SMP在高精度制造与智能结构设计中的应用潜力。不仅提升了4D打印的可应用性，还大幅缩短了复杂形状记忆结构的制造时间，推动了形状记忆材料在多领域的实际应用。

MRC-SMP的高温变形性能和高精度打印能力，为机械结构、智能设备等领域的创新设计提供了更多可能性，也为未来智能制造提供了更多灵感和技术支撑。

研究支持

该研究由国家自然科学基金、广东省珠江人才计划、广东省自然科学基金及深圳市科技创新委员会资助完成。论文的第一作者为SUSTech机械与能源工程系助理研究员李洪庚，葛奇教授为通讯作者。

近日，南方科技大学（SUSTech）机械与能源工程系葛奇教授团队在可重构4D打印技术领域取得重要进展。他们开发出一种具有高机械性能的共价自适应网络形状记忆聚合物（MRC-SMP），可用于数字光处理（DLP）高分辨率3D打印，成功实现了可重构、大变形和高精度的4D打印。

这一研究成果以《通过机械稳健协同自适应网络形状记忆聚合物实现可重构4D打印》为题，发表在《科学进展》期刊上。

研究亮点

传统形状记忆聚合物（SMPs）常用于4D打印，具有较高模量，但因多为热固性材料，其形状记忆特性局限于单一永久形状。近年的研究尝试将共价自适应网络（CAN）引入SMPs，以实现多种永久形状的可重构性，但现有动态共价SMP在形状记忆性能、变形与重构能力以及高精度可打印性上难以兼顾。

图 1. MRC-SMP 的可重构、大变形和高分辨率 4D 打印

为解决这些问题，葛奇教授团队开发的MRC-SMP材料具有以下特点：

• 高机械性能：具备优异的形状记忆性能和大变形能力。
• 可重构性：通过转酯化反应实现永久形状的重新配置。
• 高精度打印：支持DLP高分辨率打印技术。
  

创新成果

研究团队利用DLP打印技术，开发出具有显著大变形行为和形状记忆特性的MRC-SMP晶格结构，通过转酯化反应实现永久形状的重构，同时保持优异的形状记忆性能。

此外，该材料具备高强度焊接能力，能够通过焊接与形状重构制作复杂结构。例如，通过焊接三个MRC-SMP晶格结构和一个MRC-SMP连接器，形成了能够抓取重物的机械抓手。抓手可通过形状记忆过程从展开状态恢复到抓取状态，完成重物的举升任务。

图 2. 多材料可重构形状记忆折纸

团队还结合MRC-SMP的可重构特性与多材料打印技术，快速制造出三维形状记忆折纸结构。以MRC-SMP作为变形铰链，高强度光固化树脂作为刚性表面，成功构建出在室温下具备高刚度并能承受重载的折纸结构。

研究意义

这一成果展示了MRC-SMP在高精度制造与智能结构设计中的应用潜力。不仅提升了4D打印的可应用性，还大幅缩短了复杂形状记忆结构的制造时间，推动了形状记忆材料在多领域的实际应用。

MRC-SMP的高温变形性能和高精度打印能力，为机械结构、智能设备等领域的创新设计提供了更多可能性，也为未来智能制造提供了更多灵感和技术支撑。

研究支持

该研究由国家自然科学基金、广东省珠江人才计划、广东省自然科学基金及深圳市科技创新委员会资助完成。论文的第一作者为SUSTech机械与能源工程系助理研究员李洪庚，葛奇教授为通讯作者。