Abstract Four-dimensional (4D) printing as a new generation additive manufacturing of smart materials has shown great potential for the intelligent development of multi-functional and customized structures. The microarchitecture design of printing infill patterns could bring flexible and diversified structural performances by combining the geometry design, thus opening up more possibilities for practical application. This work investigates the anisotropic characteristics of mechanical and shape memory performances induced by different infill strategies via both experimental and theoretical methods. Uniaxial tensile tests and compressive tests are performed to study the effect of infill patterns on mechanical properties. Both classical laminate plate theory and honeycomb equivalent modulus theory take into account the actual shape and dimensions of printed cross-section to improve the prediction accuracy. The viscoelasticity of each printing pattern is described by generalized Maxwell-Wiechert model and Prony Series are fitted to provide references to implement in Abaqus. With the purpose of exploring the shape memory properties including recovery speed, recovery ratio and shape fixity ratio, deformation-recovery tests are conducted under different temperatures and a 2D and 3D convertible structure with programmable Poisson's ratio are demonstrated. This work may potentially provide pattern design guidance for 4D printing structures to meet different application requirements.

中文翻译：

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具有定制机械行为和形状记忆效应的 4D 打印各向异性结构

摘要 四维（4D）打印作为新一代智能材料增材制造，在多功能和定制化结构的智能化发展中显示出巨大的潜力。印刷填充图案的微架构设计结合几何设计，可以带来灵活多样的结构性能，为实际应用开辟更多的可能性。这项工作通过实验和理论方法研究了由不同填充策略引起的机械和形状记忆性能的各向异性特征。进行单轴拉伸试验和压缩试验以研究填充图案对机械性能的影响。经典层压板理论和蜂窝等效模量理论都考虑了印刷横截面的实际形状和尺寸，以提高预测精度。每个印刷图案的粘弹性由广义 Maxwell-Wiechert 模型描述，Prony 系列拟合为在 Abaqus 中实施提供参考。为了探索包括恢复速度、恢复率和形状固定率在内的形状记忆特性，在不同温度下进行变形恢复测试，并展示了具有可编程泊松比的 2D 和 3D 可转换结构。这项工作可能为 4D 打印结构提供图案设计指导，以满足不同的应用需求。每个印刷图案的粘弹性由广义 Maxwell-Wiechert 模型描述，Prony 系列拟合为在 Abaqus 中实施提供参考。为了探索包括恢复速度、恢复率和形状固定率在内的形状记忆特性，在不同温度下进行变形恢复测试，并展示了具有可编程泊松比的 2D 和 3D 可转换结构。这项工作可能为 4D 打印结构提供图案设计指导，以满足不同的应用需求。每个印刷图案的粘弹性由广义 Maxwell-Wiechert 模型描述，Prony 系列拟合为在 Abaqus 中实施提供参考。为了探索包括恢复速度、恢复率和形状固定率在内的形状记忆特性，在不同温度下进行变形恢复测试，并展示了具有可编程泊松比的 2D 和 3D 可转换结构。这项工作可能为 4D 打印结构提供图案设计指导，以满足不同的应用需求。在不同温度下进行变形恢复测试，并展示了具有可编程泊松比的 2D 和 3D 可转换结构。这项工作可能为 4D 打印结构提供图案设计指导，以满足不同的应用需求。在不同温度下进行变形恢复测试，并展示了具有可编程泊松比的 2D 和 3D 可转换结构。这项工作可能为 4D 打印结构提供图案设计指导，以满足不同的应用需求。