形状记忆聚合物材料作为一种重要的智能材料,具有变形为某一临时形状后,在外界激励的条件下,能够主动地回复至其初始形状的特性。基于形状记忆聚合物材料的主动变形结构具有玻璃化转变温度可调、驱动方式可设计、质轻、变形大等优点,该类结构近年来在诸多领域显示出了巨大的应用前景与实用价值。由于传统加工工艺的限制,形状记忆聚合物材料主动变形结构多为二维片材或三维管状等简单的几何形状。随着科技的进步,实际应用中对形状记忆聚合物材料主动变形结构提出了复杂化、可定制化和多样化的新要求。在此背景下,本论文开展了直写4D打印形状记忆聚乳酸材料及其性能的研究。采用聚乳酸为材料基础,设计制备了热致、磁致和电致驱动形状记忆聚合物复合材料,并建立了与之配套的直写4D打印技术。论文中探讨了适用于直写打印技术的聚乳酸基聚合物及其复合材料的构筑方案和材料的形状记忆机理、材料性能调控方法、直写4D打印的相关原理及打印过程中的关键影响因素、驱动方法设计及驱动机制等,论文所得成果可促进基于形状记忆聚合物材料4D打印的进一步发展。从分子结构设计角度出发,通过向聚乳酸中引入夺氢型光敏剂二苯甲酮,在UV光照下制备了基于化学交联网络的热致驱动型形状记忆聚乳酸（c-PLA）。研究结果表明,所制备的c-PLA聚合物显示出了优异的热学性能、热稳定性能及显著的热致驱动形状记忆效应,其形状回复率可达99%以上,这归因于化学交联网络的引入有效地减少PLA分子链在加热过程中产生的不可逆滑移。针对材料性能设计了匹配c-PLA形状记忆聚合物的直写打印技术,获得了打印过程中溶液浓度、打印速度、打印压力及针头尺寸对4D打印结构成型的影响规律。以螺旋结构、波形结构和花朵结构为例,针对c-PLA直写4D打印结构的宏观变形行为进行了表征和分析,发现结构在打印成型后热激励的作用下可实现由一维到三维,二维到三维,及三维到三维的主动形状转变。针对直接加热驱动方式对4D打印结构在使用时的局限性,开展了直写4D打印磁致驱动形状记忆复合材料的研究。通过向c-PLA中复合四氧化三铁（Fe₃O₄）功能性纳米颗粒制备了磁致c-PLA/Fe₃O₄形状记忆复合材料,获得了Fe₃O₄纳米颗粒在复合材料内部的分散状态、复合材料的热学、热稳定性及力学等性能。直写打印研究发现,Fe₃O₄纳米颗粒的引入提高了复合材料的表观黏度和溶剂挥发速率,可以有效增强c-PLA/Fe₃O₄复合材料的打印性能。针对c-PLA/Fe₃O₄复合材料直写4D打印结构的磁致驱动行为进行了表征与分析,获得了结构表面温度随磁场输出功率的变化规律及形状回复时间等性能参数。在此基础上,结合材料的不完全回复行为,设计并研制了磁致驱动支架。在30 kHz的交变磁场作用下,该支架仅在10 s内即可呈现自扩张行为,实现了4D打印结构的非接触式快速驱动。采用银包覆碳纳米纤维（Ag coated carbon nanofibers,Ag@CNFs）作为功能相,设计并制备了一种新型电致驱动PLA基形状记忆复合材料。Ag@CNFs混杂纤维的核-壳结构可以兼具Ag高导电性和CNFs高长径比的特点,复合材料呈现出高导电性（>10⁵ S/m）和低逾渗阈值（⁶ vol.%）。与此同时,Ag@CNFs混杂导电纤维与PLA分子之间的物理缠结作用可以有效减少PLA分子在变形过程中的不可逆滑移,复合材料具有优异的形状记忆行为,其形状回复率可达99%以上。通过对直写打印过程进行调控发现,当打印针头为200μm,溶剂浓度与PLA的质量比为3/7时,复合材料会呈现较好的打印性能。直写打印了Ag@CNFs/PLA形状记忆复合材料电致驱动抓取器,仅在1 V的电压下,该抓取器即可实现对物体的主动抓取。以上结果为低能耗、快响应电致驱动形状记忆聚合物复合材料设计及电致驱动形状记忆聚合物复合材料的一步法打印提供了一种新方案。