3D打印在全世界范围内广受关注的同时，一项名为“4D打印”的技术开始崭露头角。3D打印技术也称增材制造技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，近30年来得到了快速发展，已成为第三次工业革命的前奏^【1】。然而，尽管3D打印技术能够打印出各式各样的物体，但其产品存在仍需要组装，缺乏柔性和环境适应性等缺点，因此4D打印技术应运而生^【2-5】。

4D打印技术是指用可编程物质（通常为智能复合材料）作为打印材料，通过3D打印的方式打印（制造）出三维物体。该物体能随着时间推移，在预定的激励或刺激（如遇水、冷却或者通电、光照、加热、加压）下，自我变换形状、物理属性（如结构、形态、体积、密度、色彩、亮度、弹性、硬度、导电性、电磁特性和光学特性等）或功能等^【7】。简化了从设计理念到实物的造物过程，让物体能自动组装构型，实现了产品设计、制造和装配的一体化融合。4D打印技术的实现方式有两种：一种是智能材料增材制造技术；另一种是混合增材制造技术。智能材料一般是指以特定条件响应环境变化，具有自感知、自诊断、自驱动、自修复的能力，具有多功能性和感受环境变化的响应，这里增加了一个维度是指时间。现阶段智能材料例如：电活性聚合物、形状记忆材料、压电材料、电磁流变体、磁致伸缩材料等。4D打印包含：智能材料、设计软件、打印机等关键环节^【8-10】。

4D打印技术思想的雏形诞生于2011年，OXman提出一种变量特性快速原型制造技术，利用材料的变形特性和不同材料的属性，通过逐层铺粉成型具有连续梯度的功能组件，使成型件能够实现结构改变^【6】。4D打印技术的概念是2013年由麻省理工Tibbits在TED会议上提出的，他演示了将一段绳状物放入水中后，该物体能自动折成MIT字样的立体结构，由此开启了4D打印技术的研究热潮。此后该实验室继续在4D打印方面的探索与研究，2014年1月又实现了让“MIT”自动变成“SAL”（其自动组装实验室的英文缩写），2014年11月，它还实现了让更多材质，比如木头、碳纤维、橡胶/塑料等一些材料拥有“自行组装”的特性。2015年打印出世界上第一件4D打印连衣裙和4D打印鞋子，它们会根据穿戴者的体型自我调整、变化甚至造型，一定程度解决了“量体裁衣”的问题。2015年，Michael等将时间作为第四维引入到3D打印过程中，建立4D打印模型，描绘材料随时间的变化，诠释了4D打印的概念。2015年11月，哈佛大学刘易斯研究团队，把从木浆中提取的纤维素纤维与丙烯酰胺水凝胶混合在一起，加入荧光染料后制成了一种新型4D打印材料，在“编码”后打印出的两花被浸没到水里之后，五个花瓣卷曲的方向不同，外形和色彩都与真正的兰花非常接近；该团队现正在探索4D打印在医学植入等方面的潜在应用。以色列卡萨利应用化学中心Zarek等人将聚己内酯多元醇与甲基丙烯酸异氰酸乙酯结合,制备了光敏型聚己内酯丙烯酸酯，成功制备了埃菲尔铁塔/支架/鹰等多种复杂4D结构,并验证了所打印结构在热刺激下的形状演变过程。4D打印在各国的研究蓬勃发展，成果亦是层出不穷^【9-13】。

4D打印作为一项新兴技术，应用领域十分广泛，如军事、航天航空、土木工程、医学、仿生机器人、工业、艺术娱乐、服装等。汽车结构是一种以板、壳、梁为代表的分布式结构，是一种可能的智能结构形式，智能材料与结构在汽车业具有重要的潜在应用^【4-5】。宝马集团在不久前举行的百年庆典活动中，发布了全新概念车“BMWVISION NEXT 100”，这款车代表着宝马未来的发展趋势和新技术走向，设有“ease”和“boost”两种驾驶模式。“ease”模式将开启自动驾驶，内置方向盘等操纵构件将被折叠收起以获得更大更舒适的车内空间。概念车上应用的新技术理念和车身材料将通过“4D打印技术”实现，这也就表示未来汽车将可变形。基于智能材料的自适应变形车体可以感知环境、工况的变化自身变形以获得更优异的空气动力学性能。固特异曾利用仿生学原理 3D 打印出Eagle-360 球形轮胎，此外也有蜂窝仿生胎的设计，将轮胎与智能材料结合提出自适应轮胎的设计方案，使其具有更良好的通过性、操纵性和安全性。电磁流变体能根据环境的变化自动调节材料本身的性质，使其粘度、阻尼性能和剪切应力都发生相应的变化，压电材料的正逆压电效应均可应用于汽车振动控制方面，大至传动系统的离合器、悬架系统 的减振器、发动机悬置系统的隔振器、液压系统中的流量控制阀和压力控制阀等关键部件、小至车门定位装置及座椅等。减震效果好，作用平稳、均衡、结构紧凑，同时能够提高车辆操纵稳定性。由此可提出车辆自适应悬架的设计方案^【11-18】。

综上所述，将智能材料和4D打印技术的优点应用于汽车工业，会使制造成本与运输成本大幅度降低，制造流程有效简化，高复杂度、高个性化产品制造难度降低，同时也有助于全球化数字制造，是制造业一个较主流的发展方向。本次毕设通过阅读相关文献资料了解智能材料、智能结构的各自的特性和优势，结合所学汽车理论与汽车构造基本知识，充分发挥想象力和创造力，针对4D打印在自适应变形轮胎、自适应主动悬架、变形车体和机构等方面的应用展开研究，提出概念设计方案。分析比较不同的构件采用何种智能材料及打印技术能更好实现其特定功能。

2. 研究的基本内容与方案

1. 结合当前智能材料/智能结构学术前沿，广泛阅读相关文献资料了解智能材料、智能结构的各自的特性和优势。

2. 巩固加深所学汽车理论与汽车构造基本知识，充分发挥想象力和创造力。考量智能材料各自特性与车体及汽车零部件需要选择合适的智能材料对未来的变形车体与机构进行概念设计。

3. 合理提出设计方案，对于某一机构总成可能存在多种选材的情况进行比较分析。

4. 完成相关设计计算。

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