摘要:

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刺激响应材料的增材制造（AM）推动打印对象的功能由形状与结构向动态刺激-响应拓展。其中，无需外部连接、可由环境刺激驱动的软致动器受到广泛关注。然而，要通过增材制造真正实现这些功能，打印工艺必须能够适应材料物理/化学性质的刺激响应性变化；这取决于目标刺激-响应组合，需要采用特定的工艺方案。因此，在材料、几何结构和制造工艺上实现与不同刺激-响应及应用领域相匹配的创新至关重要。围绕AM制备的自驱动软致动器，本文介绍了材料、功能、制造工艺和设计策略。首先，总结了光、pH、磁场和温度等刺激响应材料的设计要求及其与不同增材制造工艺的兼容性；其次，梳理了不同刺激和能量来源下3D打印自驱动致动器的研究进展及其在软体机器人、可穿戴设备和环境监测中的应用；进一步总结了功能梯度材料（FGM）和功能梯度多材料（FGMM）在4D打印中的应用，以及其对致动精度、稳定性和多功能性的提升。最后，针对规模化制造、可重复性、多刺激响应及能量采集等问题展望了未来发展方向。