記憶材料的案例
4D打印形狀記憶聚合材料，已到豬狗以及人的實驗
例如哈爾濱工業大學冷勁松團隊——形狀記憶聚合材料及其4D打印在生物醫療領域的應用。
下面是現場速記，南極熊希望可以很好還原其項目路演過程。
形狀記憶聚合材料及其4D打印在生物醫療領域的應用
——哈爾濱工業大學冷勁松
冷勁松：
團隊組成
首先介紹一下我本人和我的團隊，今年剛剛當選歐洲科學院院士，歐洲科學與藝術院院士，我們團隊哈工大老師7、8個人。匯報一下4D打印技術，什么是4D打印呢？咱們大賽是3D打印，3D就是打印復雜結構，4D打印完結構可以變形。
形狀記憶材料
普通的結構，打印之后可以改變結構的形狀，美國科學家2013年提出來，比如說穿了一個裙子，你打印的裙子跟我的裙子看著一樣，我加一個電磁光熱可以變形，裙子格變形不撞衫。
什么是形狀記憶材料，這種材料看這個花，加熱自己可以變形，放在水里可以變形，搞生物醫學都知道，這是聚合物，像高分子、聚乳酸都是，但是我們的材料跟普通聚合物不一樣，你給一個熱，這個熱有一個溫度，到這個溫度可以變形，跟記憶合金一樣但是是高分子可以降解。
這個聚合物軟硬能夠變化，到了轉變溫度材料變形，同時低于轉變溫度材料是硬的，高于轉變溫度材料變軟，材料本身模量在高低溫作用下變化200倍，材料兩個特點，一個變形一個變軟硬。
這個材料怎么變形呢？簡單放在熱水里面，也可以通電變形，我們可以用光照變形，用磁場和射頻變形，光電磁熱溶液，在不同溶液里面變形，都可以改變形狀。
我們把這個材料做成打印線，這是國際上首次，這個線是純的，可以用熱驅動、電驅動、磁驅動，這個材料跟傳統的線是一樣的，但是打出來的結構表面看一樣，一加熱就變形，在磁場變形、通電也可以變形，這個材料能夠按照你的需要形狀改變形狀，通過電磁光熱材料打印。
你看這是什么形狀？認不出來，在水里面自己張開是一個金門大橋的形狀。
展開 記憶合金、等12種非線性材料的單軸拉伸模擬
進入正題
簡言之，本文主要講解了12種常見的非線性材料在ANSYS中定義和使用。文后給出了具體的使用命令流。這里以記憶合金為例子進行一次單軸拉伸模擬，來求解記憶合金的應力-應變關系。
計算結果
記憶合金的本構關系：
模型建立
針對以下圖例所示模型，邊長L的正方形塊，約束左邊的X自由度和底部的Y自由度，在頂部施加均勻壓力載荷。這樣一個單軸拉伸模擬可以用平面單元建立，也可以用實體單元建立，區別不大。
材料參數
非線性材料的使用的關鍵是材料的定義，ANSYS中提供了多種非線性材料本構模型，包括：各向異性超彈性材料模型、鑄鐵材料模型、塑性材料模型、復合材料模型、流體材料模型、泡沫材料模型、混泥土材料模型定義、粘塑性材料模型、粘彈性材料模型、內聚力模型、多重彈性材料、壓電材料模型、形狀記憶合金材料模型、顯示彈簧阻尼材料模型、各向異性彈性矩陣定義、各項異性塑性材料模型、雙線性各向異性硬化模型、雙線性隨動硬化模型、各向異性導電性模型、各向異性導磁性模型、各向異性電極化模型、墊片材料模型、蜂窩材料模型、超彈性材料模型、膨脹參數模型等，還有很多較復雜的材料本構模型以及可以用戶自定義材料本構模型。
以記憶合金為例子具體介紹，記憶合金材料的定義除了定義基本彈性模量參數和泊松比參數，關鍵是定義記憶合金的本構關系。如圖給出記憶合金的本構關系，因此記憶合金的使用，還需要定義圖中的幾個關鍵參數。
了解了記憶合金的本構關系，具體的定義其實很簡單，如下命令流中
TB
,
SMA
,1 ：定義1號材料為記憶合金本構模型
此后，需要通過TBDATA指定記憶合金本構關系中的幾何參數，依次為：
TBDATA,1,520,600,300,200,0.07,0 !
展開 活性材料和結構成為熱點，形狀記憶材料逐步成熟
2018年，活性材料和結構成為全球的研究熱點，形狀記憶材料技術逐步成熟。
關于活性材料研發，哈爾濱工業大學在1月份首次展示了一種新的形狀記憶聚合物，通過增材制造，可以得到在交變磁場的遠程作用下表現出自展開行為的零部件。
在美國陸軍資助下，亞利桑那州立大學的研究人員今年推進了新型力敏感單元（力敏團，mechanophore）材料的研發，這些材料在機械載荷下可改變顏色，從而對復合材料進行損傷監測。今年年初，該團隊使用力敏團材料對復合材料樣品進行了疲勞載荷下的損傷監測演示，試驗表明，該力敏團材料能夠達到預期的結構損傷監測效果。
在美國海軍資助下，中佛羅里達大學的研究人員提出了一種使用機電耦合材料消除結構共振的方法。2018年底，研究團隊在葉盤結構上對該方法進行了試驗驗證。該方法通過有效減少多種振動模式中的有害振動，減少與葉片高周疲勞和故障失效相關的維護、修理和大修成本。
美國空軍研究人員開發了一種液晶彈性體材料，在一定條件下，該材料可以從平面狀態變形產生三維形貌。研究團隊使用高保真度模型對產生有利表面拓撲特征的復雜材料平面圖進行仿真，并且在3月份完成了實際壓力載荷下的風洞試驗。該材料可用于制造渦流發生器和分布式粗糙元件，從而能夠在一系列飛行條件下減小阻力并增加穩定性和可控性。
使用活性材料，特別是固態、堅硬、高度緊湊型的形狀記憶合金（SMA）組件，改進傳統風洞試驗方法，也是2018年的研究重點。傳統風洞試驗需要更換多個固定零部件，但遠程控制的風洞模型可使用移動、可控結構取代這些幾乎剛性的零部件，從而提高試驗效率和數據質量，并降低風洞試驗的成本。
展開 西安交通大學陳鑫教授/白永康副教授課題組：從切蘋果到原位生成構建近紅外光響應三段形狀記憶材料
近紅外光響應形狀記憶聚合物因其遠程控制等優勢在光驅動器、光控微流體器件及生物醫學裝置等領域有著重要的應用前景。目前制備近紅外光響應形狀記憶聚合物的常用方法是將貴金屬納米顆粒等光熱轉化材料引入熱響應形狀記憶聚合物，但為了提高光熱材料在聚合物中的相容性一般需要采用表面改性、原位接枝等手段。同時傳統的貴金屬納米顆粒或石墨烯等材料均涉及復雜的合成過程，這些因素的存在會大大提高材料制備的難度和成本。因此如何通過一種簡單易行的手段制備近紅外響應形狀記憶材料仍是目前該研究的一個難點。
在生活中，我們會發現蘋果或梨用鐵刀切了以后，表面會變黑。這是由于蘋果或梨等水果的細胞里含有單寧酸，單寧酸與鐵離子化合會生成黑色的單寧酸鐵納米顆粒，而該納米顆粒則具有優異的光熱轉化性能。受此啟發，西安交通大學化工學院陳鑫教授/白永康副教授課題組采用原位生成的方法將單寧酸鐵納米顆粒（FeTA）引入固態的熱響應形狀聚合物中。他們首先采用商業化的乙烯-乙烯醇共聚物作為聚合物基底，通過二異氰酸酯交聯得到熱響應形狀記憶聚合物，并在此過程中引入鐵離子。然后，只要簡單的將所制備的固態薄膜浸入單寧酸溶液中，即可制備具有高光熱響應性能的形狀記憶復合材料。
圖 1 （a）和（b）復合材料的光熱轉化性能；（c）和（d）復合材料近紅外光響應形狀記憶行為
通過對復合材料微觀形貌、機械性能、光熱轉化效應等性能的研究發現，FeTA納米顆粒能夠均勻地分散在聚合物基底中，使得材料不僅能夠體現出優異的機械強度，同時能夠實現優異的光響應形狀記憶性能。
展開 
神奇的功能材料——形狀記憶合金
用形狀記憶合金加工成內徑比欲連接管的外徑小4%的套管，然后在液氮溫度下將套管擴徑約8%，裝配時將這種套管從液氮取出，把欲連接的管子從兩端插入。當溫度升高至常溫時，套管收縮即形成緊固密封。這種連接方式接觸緊密能防滲漏，遠勝于焊接，特別適合用于航空、航天、核工業及海底輸油管道等危險場合。
記憶合金的用處
記憶合金最令人鼓舞的應用是在航天技術中。1969年7月20日，“阿波羅”11號登月艙在月球著陸，實現了人類第一次登月旅行的夢想。宇航員登月后，在月球上放置了一個半球形的直徑數米的天線，用以向地球發送和接受信息。天線就是用當時剛剛發明不久的記憶合金制成的。用極薄的記憶合金材料先在正常情況下按預定要求做好，然后降低溫度把它壓成一團，裝進登月艙帶上天去。放到月球上以后，在陽光照射下溫度升高，當達到轉變溫度時，天線恢復成了自己的本來面貌，變成一個巨大的半球形。
除了航空業，形狀記憶合金已廣泛用于醫學和生活各個領域。作為一類新興的功能材料，很多新用途正不斷被開發，例如用記憶合金制作的眼鏡架，如果不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱，就可以恢復原狀；不久的將來，汽車的外殼也可以用記憶合金制作，不小心碰癟了，只要用電吹風加溫就可恢復原狀。
目前世界上已經有銅鋅、金鎘、鎳鋁等20多種具有記憶功能的合金，不僅單次“記憶”能力幾乎可達到百分之百，即恢復到和原來一模一樣的形狀，更可貴的是，這種“記憶”本領即使施展500萬次以上也不會導致材料斷裂。
來源：北京市科協
展開 南科大頂刊：光固化4D打印超高力學性能形狀記憶高分子材料！
近日，南方科技大學機械與能源工程系副教授葛锜團隊和西北工業大學副教授張彪團隊在Advanced Materials合作發表論文，報道一種用于光固化4D打印的超高力學性能形狀記憶高分子材料。這種新材料在橡膠態斷裂應變超過1240%，在150%-250%的應變區間可以重復加載超10000次。此外，其優異的光聚合性能使其成為數字光處理（Digital Light Processing - DLP）4D打印的理想材料，最高打印精度2微米，在智能家居、航空航天和軟體機器人領域應用潛力非常大。該項研究被Advanced Materials后內封面重點報道。
論文鏈接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202101298
4D打印是一種新興的制造技術，它能夠使打印出來的三維結構的形狀在外界環境刺激下隨時間變化。與用于4D打印的其他主動軟材料（Soft Active Materials -SAMs）料相比，形狀記憶高分子（Shape Memory Polymers - SMPs）具有更高的剛度，并且能與各種3D打印技術兼容。關注材料科學與工程公眾號，接收更多專業資訊。其中，采用DLP 3D打印技術打印可光固化SMP，可以制造具有復雜幾何形狀和高分辨率的4D打印結構。然而，現有可光固化SMP在力學性能方面具有局限性（伸長率偏低、抗疲勞性能差等），這極大地限制了它們的應用范圍。因此，亟需發展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應用中對4D打印智能材料力學性能的高要求。
圖 1.
展開 北航材料學院實現可抵抗60特斯拉超強磁場的反鐵磁記憶器件
基于此項研究，他們將MnPt納米薄膜生長在鐵電單晶材料PMN-PT上，通過外加電場在PMN-PT單晶基片上產生的壓電應力，有效地改變了MnPt薄膜中反鐵磁自旋軸的取向（圖1），由于反鐵磁材料的各項異性磁電阻效應，使得MnPt合金的電阻發生了改變，從而產生了不同的電阻態，可用于二進制信息存儲中“0”和“1”的編碼（圖2）。
圖1. MnPt薄膜中反鐵磁自旋軸在外加電場下的調控示意圖
利用這種電場產生的壓電應力對數據進行擦/寫，數據寫入過程中沒有電流的參與，即使在外加強磁場如9 或者14 特斯拉（T）下，數據寫入和存儲不受任何影響（圖2）。也就是說，用這種器件制成的硬盤可以在強磁場下正常運行。
圖2. 采用電場在基于MnPt的反鐵磁記憶器件中寫入的高低阻態
在此基礎上，劉知琪教授課題組和華中科技大學國家脈沖強磁場科學中心的朱增偉教授課題組合作，測試了反鐵磁材料MnPt在超強脈沖磁場60 T（地球磁場強度的120萬倍）下的響應。實驗發現由于MnPt合金很強的反鐵磁耦合，其電阻態在60 T下幾乎不變化（~0.1%）（圖3），從而證實了這種記憶器件的數據態即使在60 T超強磁場下也不會產生“消磁”效應，也將反鐵磁材料抵抗磁場的優勢推向了極致。也就是說,用這種材料做成的硬盤，其中所保存的數據即使在60 T的超強脈沖磁場下也不會消磁。
圖3.
展開 光固化4D打印超高力學性能形狀記憶高分子材料
近日，南方科技大學機械與能源工程系副教授葛锜團隊和西北工業大學副教授張彪團隊在Advanced Materials合作發表論文，報道一種用于光固化4D打印的超高力學性能形狀記憶高分子材料。這種新材料在橡膠態斷裂應變超過1240%，在150%-250%的應變區間可以重復加載超10000次。此外，其優異的光聚合性能使其成為數字光處理（Digital Light Processing - DLP）4D打印的理想材料，最高打印精度2微米，在智能家居、航空航天和軟體機器人領域應用潛力非常大。該項研究被Advanced Materials后內封面重點報道。
4D打印是一種新興的制造技術，它能夠使打印出來的三維結構的形狀在外界環境刺激下隨時間變化。與用于4D打印的其他主動軟材料（Soft Active Materials -SAMs）相比，形狀記憶高分子（Shape Memory Polymers - SMPs）具有更高的剛度，并且能與各種3D打印技術兼容。其中，采用DLP 3D打印技術打印可光固化SMP，可以制造具有復雜幾何形狀和高分辨率的4D打印結構。然而，現有可光固化SMP在力學性能方面具有局限性（伸長率偏低、抗疲勞性能差等），這極大地限制了它們的應用范圍。因此，亟需發展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應用中對4D打印智能材料力學性能的高要求。
圖 1. 超高力學性能的tBA AUD SMP用于基于DLP 3D打印技術的4D打印
聯合研究團隊合作開發出了一種超高力學性能可光固化SMP體系。該材料體系主要由丙烯酸叔丁酯（tBA）和脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯（AUD）組成，故稱為tBA-AUD SMP體系。
展開 南科大葛锜/西工大張彪AM：一種用于光固化4D打印的超高力學性能形狀記憶高分子材料
近日，南方科技大學機械與能源工程系葛锜副教授團隊和西北工業大學張彪副教授團隊在Advanced Materials合作發表論文，報道一種用于光固化4D打印的超高力學性能形狀記憶高分子材料。這種新材料在橡膠態斷裂應變超過1240%，在150%-250%的應變區間可以重復加載超10000次。此外，其優異的光聚合性能使其成為數字光處理（Digital Light Processing-DLP）4D打印的理想材料，最高打印精度2微米，在智能家居、航空航天和軟體機器人領域應用潛力非常大。該項研究被Advanced Materials后內封面重點報道。
4D打印是一種新興的制造技術，它能夠使打印出來的三維結構的形狀在外界環境刺激下隨時間變化。與用于4D打印的其他主動軟材料（Soft Active Materials -SAMs）相比，形狀記憶高分子（Shape Memory Polymers - SMPs）具有更高的剛度，并且能與各種3D打印技術兼容。其中，采用DLP 3D打印技術打印可光固化SMP，可以制造具有復雜幾何形狀和高分辨率的4D打印結構。然而，現有可光固化SMP在力學性能方面具有局限性（伸長率偏低、抗疲勞性能差等），這極大地限制了它們的應用范圍。因此，亟需發展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應用中對4D打印智能材料力學性能的高要求。
圖 1.
展開 【當期目錄】《材料工程》2021年3期目錄（形狀記憶合金專欄）
但是目前NiTi基合金彈熱材料的研究和原型機的開發仍處于實驗階段，實現其商業化應用需要進一步深入研究和優化，未來前者研究重點將集中在材料小型化、合金化或特殊處理及改變循環方式等方面，后者也將從提高熱量傳輸效率、加強熱量交換、減小摩擦等損耗、改進機械負載和循環模式等方面不斷優化和完善。
關鍵詞 ：NiTi基合金, 彈熱效應, 固體制冷, R相變, 超彈性, 循環穩定性
TiNi基形狀記憶合金的輻照效應
寧睿, 高智勇, 王海振, 蔡偉
2021, 49 (3): 14-19.
DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000570
摘要：
材料輻照效應是入射粒子與物質交互作用造成的物質微觀組織結構與宏觀性能的變化。輻照效應不僅是改善材料表面性能的重要手段，而且也是特殊環境應用材料可靠性評價的重要組成部分。TiNi基形狀記憶合金是一種重要的金屬智能材料，具有獨特的形狀記憶效應和超彈性，已在衛星、空間站等航天器以及生物醫學中廣泛應用。本文闡述了Ti-Ni基形狀記憶合金在空間粒子（質子、電子）以及離子輻照改性的研究進展，輻照效應會對TiNi合金的微觀組織結構產生影響，進而改變合金的相變行為和力學行為。然而目前關于TiNi基合金的輻照效應的研究仍處于起步階段，組織結構和相變行為的變化規律和機理還未研究清楚，有關形狀記憶效應的研究較少，仍需深入研究輻照參數、組織結構、相變行為和功能特性之間的內在聯系。
展開 【當期目錄】《材料工程》2021年3期目錄（形狀記憶合金專欄））
但是目前NiTi基合金彈熱材料的研究和原型機的開發仍處于實驗階段，實現其商業化應用需要進一步深入研究和優化，未來前者研究重點將集中在材料小型化、合金化或特殊處理及改變循環方式等方面，后者也將從提高熱量傳輸效率、加強熱量交換、減小摩擦等損耗、改進機械負載和循環模式等方面不斷優化和完善。
關鍵詞 ：NiTi基合金, 彈熱效應, 固體制冷, R相變, 超彈性, 循環穩定性
TiNi基形狀記憶合金的輻照效應
寧睿, 高智勇, 王海振, 蔡偉
2021, 49 (3): 14-19.
DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000570
摘要：
材料輻照效應是入射粒子與物質交互作用造成的物質微觀組織結構與宏觀性能的變化。輻照效應不僅是改善材料表面性能的重要手段，而且也是特殊環境應用材料可靠性評價的重要組成部分。TiNi基形狀記憶合金是一種重要的金屬智能材料，具有獨特的形狀記憶效應和超彈性，已在衛星、空間站等航天器以及生物醫學中廣泛應用。本文闡述了Ti-Ni基形狀記憶合金在空間粒子（質子、電子）以及離子輻照改性的研究進展，輻照效應會對TiNi合金的微觀組織結構產生影響，進而改變合金的相變行為和力學行為。然而目前關于TiNi基合金的輻照效應的研究仍處于起步階段，組織結構和相變行為的變化規律和機理還未研究清楚，有關形狀記憶效應的研究較少，仍需深入研究輻照參數、組織結構、相變行為和功能特性之間的內在聯系。
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上海交大：通過能量交換和形狀記憶研究單一材料可逆多重變形
然而，由于缺乏合適的策略和合理的力學模型，大多數基于SMP的活性超材料并沒有表現出復雜的變形，如多峰變形和非對稱變形。此外，傳統的SMP有一個嚴重的缺點：不可逆轉換性，這限制了其對活性超材料的可再配置性。
在此，來自上海交大的研究人員構造并演示了一種允許單一材料系統進行可逆、多模態和非對稱變形的熱機械工具。利用相變助劑(TA)，提出了與晶格交換能量的局域預應力和隨溫度變化的逆應力等概念。單個形狀記憶合金系統通過局域預應力和逆應力從TA中交換能量的變形可以轉化為可逆的、多模態的、非對稱的形狀鎖定變形。該方法可用于可重構結構、調諧對稱性和手性，特別適用于有源聲學超材料、可展開器件和生物醫學器件。相變助劑(TA)局部變形的力學啟發設計方法以及與晶格隨溫度變化的應力降的相互作用，為熱觸發活性超材料的穩健設計開辟了一條新的途徑。相關論文發表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202101395
本文證明了單個形狀記憶合金系統通過局域預應力和逆應力將能量從TA轉換為可逆、多模態、混合模態和多步變形，同時通過形狀鎖定保持其結構的穩定性。熱機械變形還會產生對稱性破壞，從而提供可調諧特性和功能的可能性。由熱機械能交換分析模型建立的設計圖可以指導晶格的可調諧變形。可替換的TA是多用途的，可重新配置成復雜的形狀，如混合模式和功能梯度結構。使用晶格基礎材質的形狀記憶等，我們可以重置先前的變換，從而使用另一組TA實現新的變形。本文的方法可用于可重構結構、調諧對稱性和手性，尤其適用于有源聲學超材料、可展開器件和生物醫學器件。
展開 JMCA：中科院杜學敏團隊設計出形狀記憶微陣列！
前期研究發現，通過調節形狀記憶材料所在環境溫度，可實現材料的可控拉伸形變，且在外力撤銷后仍可維持良好宏觀形變，該研究結果為解決上述問題提供了新策略，然而微觀尺度的形變特性如何仍有待探索。
在前期研究基礎上，研究團隊更進一步探索了形狀記憶材料在微觀尺度上的形狀記憶特性。研究團隊采用形狀記憶材料制備形狀記憶微陣列（圖1），發現僅需較小程度拉伸（60%），即可實現該微陣列材料較大表面浸潤特性改變（21°），且在10次以上可控浸潤特性循環改變后，微觀結構的形狀回復率仍高達91%（圖2）。
圖1 不同形貌的形狀記憶微柱陣列結構在拉伸至20%，40%及60%后的形貌連續可控變化，及在外力撤銷后形變維持
圖2 形狀記憶微柱陣列可控拉伸形變后表面浸潤特性改變及微結構形貌改變
更重要的是，采用一個形狀記憶微陣列結構作為模具，通過不同程度拉伸，可復制出一系列連續形變微陣列結構（圖3）。相關成果不僅為液滴浸潤特性調控提供了全新方案，而且也實現了多樣化微結構陣列的批量、低成本可控復制，有望促進微陣列結構在抗生物粘附、液滴操控、智能干膠等方向實際應用。
圖3 采用不同形貌與拉伸程度的形狀記憶微柱陣列復制出來的PDMS微陣列
來源： 杜學敏團隊
展開 南科大&西工大《AM》：用于4D打印的新型形狀記憶聚合物材料！
（文：阿權）
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Jerry Qi教授《先進功能材料》綜述：4D打印技術研究進展
目前，4D 打印技術， 廣義地定義為智能材料或結構在打印完成后，在外界刺激（如溫度，濕度與光照等）下，其形狀、性質和功能隨著時間發生特定的演變。相比于傳統3D打印技術，4D打印增加了一個時間的維度，而具有以下的優勢：1）具有刺激響應性能的打印構件可用于智能器件；2）打印薄壁與點陣結構可以大幅節省打印材料與時間；3）形狀改變特性可用于減少存儲空間與方便運輸。
4D打印技術利用不同的3D打印方法，實現打印的智能材料與結構在外界刺激下的形狀與功能的演變，用于智能器件、生物醫用與超材料等。
近日，美國佐治亞理工學院機械工程系的H. Jerry Qi 教授在《先進功能材料》雜志上發表特邀綜述，回顧了4D打印技術的發展歷史，從材料的角度重點介紹了4D打印技術中最廣泛研究的3D打印形狀可變高分子材料研究進展。4D打印技術發展源于智能/功能材料，3D打印技術和模擬/設計等交叉學科的快速發展。文章概述了已報道的，基于不同刺激響應特性、打印方法與變形機理的單一材料與多材料打印技術， 用于形狀可變結構的3D打印。4D打印結構中至少有兩個穩定狀態， 打印形狀在外界刺激下響應而轉變到另外一個狀態。3D打印材料形狀轉變的基本機理，是直接利用打印智能材料刺激響應性，或者利用打印過程或打印結束以后在智能材料/結構中引入的本征應變（或應變失衡）在外界刺激下的響應。 其中，單一材料4D打印技術，主要包括3D打印單一的形狀記憶材料與液晶彈性體，而后者具有刺激響應的可逆形狀轉換能力。復合材料/多材料4D打印技術，包括3D打印水凝膠復合材料/多材料、纖維增強活性復合材料、雙層結構復合材料、形狀記憶多材料以及梯度溶脹/脫溶劑的多材料等。文章也簡單介紹了4D打印多功能材料的進展，包括4D生物打印與3D打印自修復材料等。
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