3D打印涉及无数不同类型的硬件、软件和材料。它是连续实验的理想媒介，甚至是进入一个不同的、更未知的领域，比如4D。一旦进入4D，整个实验和创新周期再次以不同的变量开始。在最近的一项研究中，“使用桌面型电化学3D打印机进行多金属4D打印”，陈晓龙（音译），刘新华（音译），欧阳梦正（音译），陈静怡（音译）等人正在试验金属材料，而不是通常的聚合物。

作者将一种新技术与多金属电化学3D打印机结合使用，制造出与其他自组装结构一样对温度有反应的铜/镍双金属部件。他们不仅在4D打印水平上做了进一步的试验，而且在多种材料和金属方面做了进一步的试验。正如作者指出的那样，金属3D打印对许多用户和企业来说成本高昂，而且暴露在激光、粉末颗粒和极高的热量下也存在安全风险。

利用电化学增材制造（ECAM），通过从电解质溶液中沉积金属离子来产生金属部件。不需要高温，安全性不是问题，而且过程更加经济实惠；然而，速度仍然是一个挑战。添加多种材料和自组装能力无疑也扩展了本研究中设定的目标。

低成本电化学多金属3D打印机的插图。（a）前视图。（b）打印头设置。（c）突出显示沉积喷嘴和沉积的双金属条的详细视图。

作者概述了之前对4D的许多尝试，从螺旋结构到波纹部件。氢气阀门是用4D制造的，其他打印的“刚性”物体已经通过湿度变形。几乎所有这些物品都不稳定或易碎的。在这项研究中，作者在之前的工作基础上，创建了一台价格实惠的台式电化学3D打印机，其中有两个来自旧FDM打印机的喷嘴，并试验了以下内容：

•层厚度

•温度

•沉积位置

“通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线计算机断层扫描（XCT），进一步分析了结构的金属性质，如电导率和表面形态。”研究人员表示。

该团队对铜双金属条进行了测试，密切关注其热机械性能。将样品放在加热床上，只有一端完全连接。设置了一台摄像机，研究人员可以观察到样品随着温度的升高而变形。

多材料3D打印过程的示意图。（a）弯月面限制铜电沉积过程。（b）弯月面限制镍电沉积过程。

“SEM成像和EDS分析表明，在铜和镍层之间形成紧密结合的界面，由于喷嘴中心处的反应电流密度较高，打印线呈现凸形横截面。在加热各种打印样品（包括Cu-Ni和Cu-Ni-Cu结构）期间的光学显微镜显示了该技术产生不同运动的能力。”作者总结道。

“这里的研究结果提出了第一个报道的低成本，多金属3D打印方法，用于创建高温4D结构，这为创建更智能的结构和传感器提供了可能性。”

通过多喷嘴ECAM方法制造的不同铜 (3 h, 5 V vs Cu) 镍(5 hr, 2 V vs Ni)结构的热机械响应。（a）垂直加热的Cu-Ni双金属条的变形。（b）Cu-Ni双金属条带的变形，其中在条带的中心具有选择性镍沉积并且在条带平放在加热床上的情况下进行加热。（c）在带材两端具有Cu-Ni-Cu夹层结构的Cu-Ni-Cu三层带材的变形。（d）编程为在室温和300℃“ICL”下显示字母“ICL”的样品的光学图像。比例尺与所有长度为2毫米的图像相同。

金属3D打印是当今最强大的制造类型之一，无论是钛、碳还是铜等更常见的形状。无论是通过时尚和消费品、人工智能、工业超材料还是变形环氧树脂部件，世界各地的设计师和工程师也在深入研究4D。

（a）在不同温度下测量不同Cu-Ni双金属条的弯曲角度。（b）具有理想几何形状的Cu-Ni双金属条的理论弯曲角度。（c）具有重建的横截面图像的Cu（3小时）-Ni（1小时）和Cu（3小时）-Ni（5小时）样品的XCT重建。（d）Cu-Ni-Cu界面的SEM显微照片和EDS映射。（e）具有不同间隙宽度的三层条带的位移测量以及经验证的FEA模拟。（f）双金属条的电导率测量。（g）由打印双金属条驱动的简单电路的示意图和照片。