由平面薄片直接变形获得3D形状已经成为一种极具前景的快速成型方法,其为生物技术、柔性驱动器、微型传感器和工程中复杂超材料的生成提供了新的制造手段。本文以在紫外光下固化生成的聚合物薄层结构为研究对象,探究如何利用正面光聚合中形成的不均匀内应力来驱动薄片直接生成特定的三维结构,并通过控制光编码的几何结构和光聚合过程的工艺参数来建立形状自改变结构的设计准则。论文的主要研究工作如下:(1)首先根据正面光聚合的工艺特点改进了现有光固化实验平台,然后通过分析液态光敏树脂在光聚合反应中的光化学过程,验证了光固化生成聚合物的弹性模量、体积收缩应变、交联密度和固化厚度等工艺参数与其聚合程度间的关系,最后结合光聚合反应中的力学平衡条件,分析了不同有效曝光剂量下聚合物内部残余应力的空间分布,建立了正面光聚合过程中体积收缩驱动形状自改变的变形方程,从而获得了光固化生成聚合物薄层形状自变形的理论基础。(2)针对准一维结构的弯曲变形问题,首先分析了准一维结构弯曲变形的特点并提出了变形曲率的测量方法,然后通过建立复合梁弯曲变形模型分析了光固化生成聚合物薄层的弯曲刚度和弯曲力矩的变化过程,生成了曝光剂量与准一维结构弯曲半径间的函数关系并实验验证了理论模型的准确性,在此基础上建立了基于正面光聚合成型工艺生成形状自改变结构的工艺路线,在获得需要变形的三维结构的曲率信息后,根据曝光剂量与弯曲曲率半径间的映射关系生成了对应的光掩码图案。最后分析了矩形梁结构中长宽比对其弯曲变形的影响,确定了准一维结构在不同工艺参数下的优先变形形态,并以自折叠的八爪型结构为例说明了如何通过变长宽比设计实现对自变形结构弯曲变形的控制。(3)针对准二维结构中存在变形曲率分叉点的问题,首先分析了在不一致内应力驱动下准二维结构产生曲率分叉点的原因及其屈曲变形的曲率变化特征,然后基于非欧几里得平面(NEP)的能量势能函数建立了圆盘状结构屈曲变形方程,分析了正面光聚合过程中的弯曲势能和拉伸势能间的转换规律,并通过在能量方程中引入光固化过程中的热应力生成了圆盘结构的变形曲率计算方程。最后为了实现对准二维结构屈曲变形的预测和控制,建立了双分子层热缩应力模型,结合有限元分析和物理实验确定了不同准二维结构的优先变形方向,并通过在聚合物薄层中引入孔洞结构来调节边缘效应和光掩码图案几何结构对准二维结构屈曲变形曲率的影响,在此基础上利用建立的工艺路线设计和制造了一些典型的形状自改变结构。