Material based actuation with metallic fibers, for example shape memory alloys (SMA) is gaining popularity to replace the conventional bulky actuators used for shape morphing in aerospace sectors. However, Joule heating arising from electrical actuation of SMA affects the interfacial bonding between the SMA and the composite matrix and thus reduces the life span of the structure. Insulating the SMA from the composite matrix will tremendously increase the service life of these reconfigurable structures. Three-dimensional (3D) printing of functional elements during the fabrication phase of the composite structures permits the flexibility to form complex shaped reconfigurable lightweight aerospace components. Here, we present a novel technique to embed polymer encapsulated functional elements into structural composites. We use the direct-write (DW) technique to coat SMA with a polymer solution while simultaneously printing them onto carbon fiber prepreg. We develop high performance polymeric inks - polyetherimide and polycarbonate - compatible with the DW technique, the coating, as well as the composite. In addition to SMA, the technique can also be easily extended to embed various kinds of other functional fibers into composites, in any shape or form. Additionally, we also demonstrate the application of this technique to integrate SMA with polymeric structures towards actuators for robotics grippers or surgical tools. Successful demonstrators of our technique, in the form of SMA-CFRP hybrid and SMA-polymeric leaf-spring actuators are presented.

用金属纤维（例如形状记忆合金（SMA））进行的基于材料的致动，已逐渐取代了用于航空领域中形状变形的传统笨重致动器。但是，SMA的电驱动产生的焦耳热会影响SMA与复合材料基体之间的界面结合，从而缩短结构的使用寿命。将SMA与复合材料基质隔离将极大地延长这些可重新配置结构的使用寿命。在复合结构的制造阶段中功能元件的三维（3D）打印允许灵活地形成复杂的可重构形状的轻型航空航天组件。在这里，我们提出了一种将聚合物封装的功能元件嵌入结构复合物中的新技术。我们使用直接写入（DW）技术为SMA涂上聚合物溶液，同时将它们印刷到碳纤维预浸料上。我们开发了与DW技术，涂料以及复合材料兼容的高性能聚合物油墨-聚醚酰亚胺和聚碳酸酯。除SMA外，该技术还可以轻松扩展为将各种其他功能性纤维嵌入到任何形状或形式的复合材料中。此外，我们还演示了该技术在将SMA与聚合物结构集成到机器人夹具或手术工具的执行器上的应用。介绍了我们技术的成功演示者，形式为SMA-CFRP混合动力和SMA聚合物板簧执行器。我们开发了与DW技术，涂料以及复合材料兼容的高性能聚合物油墨-聚醚酰亚胺和聚碳酸酯。除SMA外，该技术还可以轻松扩展为将各种其他功能性纤维嵌入到任何形状或形式的复合材料中。此外，我们还演示了该技术在将SMA与聚合物结构集成到机器人夹具或手术工具的执行器上的应用。介绍了我们技术的成功演示者，形式为SMA-CFRP混合动力和SMA聚合物板簧执行器。我们开发了与DW技术，涂料以及复合材料兼容的高性能聚合物油墨-聚醚酰亚胺和聚碳酸酯。除SMA外，该技术还可以轻松扩展为将各种其他功能性纤维嵌入到任何形状或形式的复合材料中。此外，我们还演示了该技术在将SMA与聚合物结构集成到机器人夹具或手术工具的执行器上的应用。介绍了我们技术的成功演示者，形式为SMA-CFRP混合动力和SMA聚合物板簧执行器。该技术还可以轻松扩展为将各种其他功能性纤维嵌入任何形状或形式的复合材料中。此外，我们还演示了该技术在将SMA与聚合物结构集成到机器人夹具或手术工具的执行器上的应用。介绍了我们技术的成功演示者，形式为SMA-CFRP混合动力和SMA聚合物板簧执行器。该技术还可以轻松扩展为将各种其他功能性纤维嵌入任何形状或形式的复合材料中。此外，我们还演示了此技术的应用，将具有聚合物结构的SMA集成到机器人夹具或手术工具的执行器上。介绍了我们技术的成功演示者，形式为SMA-CFRP混合动力和SMA聚合物板簧执行器。