在“設計形狀變化：響應式建筑的3D打印復合材料案例研究”中，一組專家介紹了定制零件以優(yōu)化形狀變化行為的細節(jié)。賓夕法尼亞州立大學的研究人員直接進入4D打印，他們更全面地研究智能材料以及它們如何根據(jù)用戶要求和環(huán)境變化（無論是由于溫度，濕度或其他因素）而變形。
回顧過去關于建筑系統(tǒng)由于“環(huán)境條件變化”而變得強大的能力的研究，作者受到啟發(fā)，設想了建筑4D框架的新概念，同時在這些框架中采用可被視為機會的不可預測性概念學習。他們的問題和使命不僅成為如何利用這些能力，而且還成為如何控制它們，因為它們形成了一種獨特的“水活性建筑皮膚系統(tǒng)”，可以對空氣中的水分產生反應。這些材料是3D打印的，基于木材的生物復合材料。通過自定義設置，團隊能夠研究材料的行為，并將與之前使用木材的4D實驗進行比較。

三維打印雙層復合材料系統(tǒng)探索框架。
   “在木質復合材料的情況下，3D打印能夠設計出特定的層狀圖案，從而導致不同的膨脹，然后進行形狀變化，”研究人員表示。PLA的六個3D打印雙層復合樣品，具有不同的刀具路徑幾何形狀及其對浸入熱水中的響應。在設置3D打印參數(shù)時，團隊使用Grasshopper的Silkworm插件來自定義G代碼 ，從而不僅在噴嘴上建立控制，而且在打印模式上建立控制。這意味著能夠操縱纖維取向和形狀變化動力學。其他確定的參數(shù)如下：
1、打印層數(shù)
2、圖層高度
3、在雙層配置中訂購活動層和約束層

4、控制孔隙度

“我們通過定制G代碼控制的3D打印設置包括機床和噴嘴溫度以及3D打印速度。”研究人員表示，“3D打印時使用的另一個參數(shù)是使用的細絲，以及是使用單一材料還是使用多種材料打印物體?！痹陂_始案例研究時，團隊用PLA 3D打印了一些樣品，以便進行比較。下一組“探索”包括使用Laywood，一種由40％木纖維制成的木質材料。作者指出，如果存在大量的濕度，用Laywood印刷的樣品的伸長率為106％?；罨瘎┦菧囟群蜐穸?，樣品直接暴露的時間量對應于效果水平。

六個雙層木基生物復合材料樣品的形狀變化，間隔10分鐘，總持續(xù)時間為40分鐘。
       意識到孔隙度和印刷角度對活化形狀的影響，研究人員以組合三角形的形式創(chuàng)建了175 x 75mm原型。他們發(fā)現(xiàn)受潮濕的樣品從70分鐘后變形。
水性建筑皮膚的原型設計
  “為了評估樣品如何在數(shù)小時而不是幾分鐘內改變形狀，我們記錄了原型B在7小時內的形狀變化，”研究人員說。

原型A的形狀變化，間隔10分鐘，B）原型B的形狀變化，間隔2小時。
     在他們的實驗過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)他們可以改變孔隙度水平，這使他們能夠控制4D模型。他們還能夠使用研究參數(shù)來控制他們創(chuàng)建的“建筑皮膚”中的透明度。正如之前許多其他研究已經(jīng)注意到的那樣，3D打印將允許制造復雜的幾何形狀。關于這個項目，作者指出，許多其他類型的材料可用于創(chuàng)建建筑皮膚系統(tǒng)。還注意到單一材料原型在受潮時完全變形，作者建議未來多材料方法可能更成功
   “在進行的探索中，設計決策協(xié)調幾何之間的相互依賴性， 從工具路徑到整體形式，3D打印設置和時間，作為設計過程中的附加維度。時間，這項研究代表了形狀轉換，我們認為系統(tǒng)的材料探索和計算使我們在設計形狀變化時更接近控制這種動態(tài)行為，“研究人員總結道。

  “我們假設一旦形狀改變行為正式化，一旦通過系統(tǒng)的材料探索形式化變形行為，就可以將材料智能嵌入到參數(shù)計算機模型中。 這構成了本研究的下一個階段，可以使我們在實現(xiàn)之前探索計算機中的設計變化。 它還將允許我們創(chuàng)建計算機模擬，以評估建筑設計在控制氣流，日光和室內溫度方面的性能。“