随着科学的不断发展,智能材料作为一种新型材料,开启材料应用的一个新时代。其中,形状记忆聚合物材料是目前比较成熟的一种智能材料。在外部刺激下,可以产生响应。形状记忆聚合物具有良好的生物相容性,和可降解性,驱动方式可设计,质轻,价廉等诸多优点。聚乳酸(Polylactic acid,PLA),又称为聚丙交酯,是以乳酸为原料聚合而成的聚酯。是一类可生物降解的材料,具有良好的机械性能和物理性能,具备空间站舱内环境的使用需求,是空间站舱内环境使用的重要材料。碳纤维(Carbon Fibre,CF)是一种含碳量在90%的高强度高模量纤维。碳纤维改性后的聚乳酸,在力学性能上有所提高,可以使聚乳酸发生可控变形。通过CF/PLA的4D打印,可以实现具有高密度折展结构和功能器件。本文通过热失重分析(TGA)和差示扫描量测试(DSC)来研究聚乳酸的热学性能。通过动态热机械分析(DMA)来研究聚乳酸的热机械性能。本文所制备的聚乳酸为热致型形状记忆聚合物,通过对形状固定率、形状回复时间以及形状回复率三个参数来分别对聚乳酸试件、单道CF/PLA试件和交叉CF/PLA道试件的形状记忆性能进行研究。实验得出,聚乳酸的形状记忆性能良好,回复速度快,聚乳酸的固定率非常高,达到99%以上;回复率也较高,达到99%以上。对单道CF/PLA试件进行形状记忆性能实验时,试件会因受热产生弯曲变形。单道CF/PLA试件相比于聚乳酸试件,回复速度明显加快,最终,单道CF/PLA试件朝一侧微微弯曲,不能完全回复为初始形状,回复率一般,达到85%以上。单道CF/PLA试件的固定率非常高,达到99%以上。对交叉道CF/PLA试件进行形状记忆性能实验时,相比于聚乳酸试件,回复速度明显加快,最终,交叉道CF/PLA试件朝一侧微微弯曲,相比于单道CF/PLA试件,交叉道CF/PLA试件的弯曲弧度要小一些,不能完全回复为初始形状,回复率较高,达到88%以上。单道CF/PLA试件的固定率非常高,达到99%以上。由于CF/PLA试件的聚乳酸层与碳纤维层的热膨胀系数不同,导致膨胀尺寸也不同,使得材料发生弯曲变形。当对CF/PLA试件加热时,由于聚乳酸的热膨胀系数较小,碳纤维一侧逐渐膨胀,弯曲方向逐渐发生改变。当温度升高时,试件朝碳纤维一侧弯曲;当温度下降时,试件朝聚乳酸一侧弯曲。近年来,折纸也正在成为一种技术工具。目前,计算折纸是计算机科学的一个领域,有许多实际应用。由Miura-Ora单元和由Miura-Ora单元衍生的折纸结构在工程和建筑领域得到了广泛的应用。本文利用SOLIDWORKS制图软件对Miura-Ora单元结构与Miura-Ora单元的一级衍生结构分别进行三维建模,将建立好的模型依次导入Cura软件,再将切片处理后的模型导入3D打印机,以聚乳酸为原材料,打印出来。对Miura-Ora单元结构与Miura-Ora单元的一级衍生结构模型进行回复性能测试。通过对Miura-Ora单元结构与Miura-Ora单元的一级衍生结构的形状记忆性能测试,可以得出,Miura-Ora单元结构与Miura-Ora单元的一级衍生结构的形状固定率和形状回复率均达到99%以上,Miura-Ora单元结构与Miura-Ora单元的一级衍生结构的形状记忆性能良好,可以以该结构为基础,拓展出多样的复杂折纸结构,应用于4D打印的结构。本文以“折纸技术”为基础,设计了一种抓取结构。利用SOLIDWORKS制图软件对所设计的抓取结构进行三维建模,将建立好的模型导入Cura切片软件中,对其进行切片处理,采用4D打印技术打印了抓取结构,通过打印不同折痕厚度的抓取结构,对抓取结构的回复能力进行了测试,分析折痕厚度对抓取结构回复性能的影响;验证抓取结构在温度刺激下的变形能力。可以得出,抓取结构的固定率非常高,达到96%以上;回复率也较高,达到92%以上。0.4mm折痕厚度下抓取结构的回复率是最好的,为96.23%。通过实验,可以得出温度越高,抓取结构的回复率越高。采用4D打印技术打印了CF/PLA抓取结构,对CF/PLA抓取结构模型进行回复性能测试。CF/PLA抓取结构的回复率非常高,达到98%以上。通过实验,可以发现,CF/PLA抓取结构的回复速度明显变快,在添加碳纤维一端的回复速度也比没有添加碳纤维一端的回复速度要快,CF/PLA抓取结构的固定率和回复率也比抓取结构要高。