一种构建三维有序结构的增材制造方法技术

本发明专利技术公开一种构建三维有序结构的增材制造方法，包括以下步骤：提供一个基底(3)，其包括基底材料板(31)和在其至少一个侧面依次外延生长的第一相互作用层(32)；在磁操控下向基底(3)上沉积第一磁性条(1)，其包括第一材料板(11)和在其至少两侧面都依次外延生长的第一磁性层(12)、第一柔性层(13)、第一阻隔层(14)和第二相互作用层(15)；在磁操控下向第一磁性条上沉积第二磁性条(2)，其包括第二材料板(21)和在其至少两侧面都依次外延生长的第二柔性层(22)、第二阻隔层(23)和第三相互作用层(24)；诱导化学反应。本发明专利技术将模量相对大的金属材料和模量相对低的高分子材料复合，实现了不同材质的增材制造。

A Method of Adding Material to Construct Three-Dimensional Ordered Structure

The invention discloses a method for fabricating additives to construct a three-dimensional ordered structure, which comprises the following steps: providing a substrate (3), including a substrate material plate (31) and a first interacting layer (32) growing sequentially on at least one side thereof; depositing a first magnetic strip (1) on the substrate (3) under magnetic manipulation, including a first material plate (11) and epitaxially growing sequentially on at least two sides thereof. The first magnetic layer (12), the first flexible layer (13), the first barrier layer (14) and the second interaction layer (15); the second magnetic strip (2) is deposited on the first magnetic strip under magnetic manipulation, including the second material plate (21) and the second flexible layer (22), the second barrier layer (23) and the third-phase interaction layer (24), which are epitaxially grown on at least two sides of the magnetic strip. The invention combines metal materials with relatively large modulus and macromolecule materials with relatively low modulus, and realizes the manufacturing of materials with different materials.

【技术实现步骤摘要】
一种构建三维有序结构的增材制造方法
本专利技术属于增材制造领域。具体的说，涉及一种构建三维有序结构的增材制造方法。
技术介绍
以3D打印为代表的增材制造技术是一种以计算机图形文件为基础，通过熔融沉积成形、激光照射等方式将特定材料逐层连续叠加制成三维结构实体的新兴制造技术。传统的加工制造技术加工周期较长，工序复杂，成本高，产品报废率高，而增材制造技术在快速准确成型方面具有突出的优势，能够直接将设计思想准确的转化为所需的三维结构，因此，增材制造技术在近些年受到了人们的广泛关注。其中，3D打印是增材制造技术一个典型的代表，3D打印的典型工艺选择和对应加工材料的选取两者存在着密切的关联，特定的加工制造工艺只适用于对应的几类材料，而特定的加工材料则需要利用特定的几种3D打印工艺才能实现。因此，打印工艺和加工材料的选择成为了限制现阶段3D打印技术发展的两个最主要的因素。现有的增材制造技术通常需针对特定的材料采用特定的仪器设备和材料加工工艺，加工制造获得的产品材质与功能单一。例如对于高分子材料，现有的3D打印技术需通过立体光刻技术或熔融沉积成形技术获得三维结构，这些技术难以实现对金属材料的加工；而对于金属材料一般利用高能激光装置，通过选择性激光熔融烧结技术获得三维金属构件，而这种加工方法会导致高分子材料的碳化。在实际应用需求中，如高性能三维构件、组织工程支架等高端制造产品，常常要求产品的材质、化学成分的多样化，同时希望可以实现不同材料间的良好复合。目前对于绝大部分只有单进料系统的3D打印机来说，想实现不同材料的三维结构的增材制造已经很困难，而进一步实现不同材料间的良好复合、稳定复合更是难上加难。同时，相比于加工制造设备和加工原料相对低廉的传统制造技术，现有的增材制造技术所用的设备和耗材价格普遍高昂，不利于推广。因此，发展一种普适性高且价格低廉的增材制造方法，解决多类材质、多化学组分的三维有序结构的增材制造难题，成为增材制造技术发展中的巨大挑战。为了解决上述问题，提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术提供一种构建三维有序结构的增材制造方法，包括以下步骤：步骤1，提供一个基底3，所述基底3包括基底材料板31和在其至少一个侧面依次外延生长的第一相互作用层32，所述第一相互作用层32包括第一强相互作用层321和第一弱相互作用层322，其中所述第一强相互作用层321具有第一强相互作用官能团S1，所述第一弱相互作用层322具有第一弱相互作用官能团W1；步骤2，在磁操控下向所述基底3上沉积可磁性操控的第一磁性条1，所述第一磁性条1包括第一材料板11和在其至少两侧面都依次外延生长的第一磁性层12、第一柔性层13、第一阻隔层14和第二相互作用层15，所述第二相互作用层15包括第二强相互作用层151和第二弱相互作用层152，其中所述第二强相互作用层151具有第二强相互作用官能团S2，所述第二弱相互作用层152具有第二弱相互作用官能团W2；其中，所述基底3一侧的第一弱相互作用官能团W1和所述第一磁性条1一侧的第二弱相互作用官能团W2通过弱相互作用固定；步骤3，在磁操控下向所述第一磁性条1上沉积可磁性操控的第二磁性条2，所述第二磁性条2包括第二材料板21和在其至少两侧面都依次外延生长的第二柔性层22、第二阻隔层23和第三相互作用层24，所述第三相互作用层24包括第三强相互作用层241和第三弱相互作用层242，其中所述第三强相互作用层241具有第三强相互作用官能团S3，所述第三弱相互作用层242具有第三弱相互作用官能团W3；其中，所述第一磁性条1另一侧的第二弱相互作用官能团W2和所述第二磁性条2一侧的第三弱相互作用官能团W3通过弱相互作用固定；步骤4，诱发化学反应，使所述基底3一侧的第一强相互作用官能团S1和所述第一磁性条1一侧的第二强相互作用官能团S2形成化学键；所述第一磁性条1另一侧的第二强相互作用官能团S2和所述第二磁性条2一侧的第三强相互作用官能团S3形成化学键。优选地，所述第一强相互作用层321和所述第一弱相互作用层322彼此重叠交错分布，即部分位置所述第一强相互作用层321覆盖所述第一弱相互作用层322，部分位置所述第一弱相互作用层322覆盖所述第一强相互作用层321；所述第二强相互作用层151和所述第二弱相互作用层152彼此重叠交错分布，即部分位置所述第二强相互作用层151覆盖所述第二弱相互作用层152，部分位置所述第二弱相互作用层152覆盖所述第二强相互作用层151；所述第三强相互作用层241和所述第三弱相互作用层242彼此重叠交错分布，即部分位置所述第三强相互作用层241覆盖所述第三弱相互作用层242，部分位置所述第三弱相互作用层242覆盖所述第三强相互作用层241。优选地，在重复执行步骤2和重复执行步骤3后再执行步骤4。优选地，所述第一磁性层12包括聚二烯丙基氯化铵层121和磁性纳米粒子层122，所述磁性纳米粒子为四氧化三铁；第一柔性层13包括聚乙烯亚胺层131和聚丙烯酸层132；第一阻隔层14包括聚二烯丙基氯化铵层141和聚苯乙烯磺酸钠层142。优选地，所述第二柔性层22包括聚乙烯亚胺层221和聚丙烯酸层222；第二阻隔层23包括聚二烯丙基氯化铵层231和聚苯乙烯磺酸钠层232。优选地，所述第一弱相互作用官能团W1选自环糊精、葫芦脲官能团，第二弱相互作用官能团W2选自偶氮苯、金刚烷、二茂铁官能团，第三弱相互作用官能团W3选自环糊精、葫芦脲官能团。优选地，所述第一强相互作用官能团S1选自羧基或醛基，第二强相互作用官能团S2选自氨基或羟基，第三强相互作用官能团S3选自羧基或醛基；或者，所述第一强相互作用官能团S1选自巯基，第二强相互作用官能团S2选自巯基，第三强相互作用官能团S3选自巯基。优选地，所述第一材料板11选自钛、金、银或铝；所述第二材料板21选自聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚己内酯或聚乳酸。优选地，所述基底材料板31选自玻璃、单晶硅、石英或聚对苯二甲酸乙二醇酯。优选地，所述第一相互作用层32、第一磁性层12、第一柔性层13、第一阻隔层14、第二相互作用层15、第二柔性层22、第二阻隔层23和第三相互作用层24可以通过交替循环浸泡沉积或喷涂的方法制备。优选地，所述基底3包括一层或者多层所述第一相互作用层32；所述第一磁性条1包括一层或者多层所述第一磁性层12、第一柔性层13、第一阻隔层14和第二相互作用层15；所述第二磁性条2包括一层或者多层所述第二柔性层22、第二阻隔层23和第三相互作用层24。优选地，所述化学键为酰胺键、碳氮双键、酯键、碳碳键或者二硫键。优选地，所述第二材料板21在聚合过程中掺入磁性纳米粒子，所述磁性纳米粒子为四氧化三铁颗粒。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术的增材制造方法中，钛条和含有磁性纳米粒子的聚二甲基硅氧烷条在磁场的控制下实现精准定位后，首先利用钛条上的第二弱相互作用官能团W2偶氮苯官能团和聚二甲基硅氧烷条上的第三弱相互作用官能团W3环糊精官能团之间的弱相互作用实现初步固定，再通过钛条上的第二强相互作用官能团S2巯基和聚二甲基硅氧烷条上的第三强相互作用官能团S3巯基之间形成二硫键的方式稳定的固定，使其相互作用力逐步增大，从而实现了钛条和聚二甲基硅氧烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种构建三维有序结构的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，提供一个基底(3)，所述基底(3)包括基底材料板(31)和在其至少一个侧面依次外延生长的第一相互作用层(32)，所述第一相互作用层(32)包括第一强相互作用层(321)和第一弱相互作用层(322)，其中所述第一强相互作用层(321)具有第一强相互作用官能团(S1)，所述第一弱相互作用层(322)具有第一弱相互作用官能团(W1)；步骤2，在磁操控下向所述基底(3)上沉积可磁性操控的第一磁性条(1)，所述第一磁性条(1)包括第一材料板(11)和在其至少两侧面都依次外延生长的第一磁性层(12)、第一柔性层(13)、第一阻隔层(14)和第二相互作用层(15)，所述第二相互作用层(15)包括第二强相互作用层(151)和第二弱相互作用层(152)，其中所述第二强相互作用层(151)具有第二强相互作用官能团(S2)，所述第二弱相互作用层(152)具有第二弱相互作用官能团(W2)；其中，所述基底(3)一侧的第一弱相互作用官能团(W1)和所述第一磁性条(1)一侧的第二弱相互作用官能团(W2)通过弱相互作用进行固定；步骤3，在磁操控下向所述第一磁性条(1)上沉积可磁性操控的第二磁性条(2)，所述第二磁性条(2)包括第二材料板(21)和在其至少两侧面都依次外延生长的第二柔性层(22)、第二阻隔层(23)和第三相互作用层(24)，所述第三相互作用层(24)包括第三强相互作用层(241)和第三弱相互作用层(242)，其中所述第三强相互作用层(241)具有第三强相互作用官能团(S3)，所述第三弱相互作用层(242)具有第三弱相互作用官能团(W3)；其中，所述第一磁性条(1)另一侧的第二弱相互作用官能团(W2)和所述第二磁性条(2)一侧的第三弱相互作用官能团(W3)通过弱相互作用进行固定；步骤4，诱发化学反应，使所述基底(3)一侧的第一强相互作用官能团(S1)和所述第一磁性条(1)一侧的第二强相互作用官能团(S2)形成化学键；所述第一磁性条(1)另一侧的第二强相互作用官能团(S2)和所述第二磁性条(2)一侧的第三强相互作用官能团(S3)形成化学键。...

【技术特征摘要】
1.一种构建三维有序结构的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，提供一个基底(3)，所述基底(3)包括基底材料板(31)和在其至少一个侧面依次外延生长的第一相互作用层(32)，所述第一相互作用层(32)包括第一强相互作用层(321)和第一弱相互作用层(322)，其中所述第一强相互作用层(321)具有第一强相互作用官能团(S1)，所述第一弱相互作用层(322)具有第一弱相互作用官能团(W1)；步骤2，在磁操控下向所述基底(3)上沉积可磁性操控的第一磁性条(1)，所述第一磁性条(1)包括第一材料板(11)和在其至少两侧面都依次外延生长的第一磁性层(12)、第一柔性层(13)、第一阻隔层(14)和第二相互作用层(15)，所述第二相互作用层(15)包括第二强相互作用层(151)和第二弱相互作用层(152)，其中所述第二强相互作用层(151)具有第二强相互作用官能团(S2)，所述第二弱相互作用层(152)具有第二弱相互作用官能团(W2)；其中，所述基底(3)一侧的第一弱相互作用官能团(W1)和所述第一磁性条(1)一侧的第二弱相互作用官能团(W2)通过弱相互作用进行固定；步骤3，在磁操控下向所述第一磁性条(1)上沉积可磁性操控的第二磁性条(2)，所述第二磁性条(2)包括第二材料板(21)和在其至少两侧面都依次外延生长的第二柔性层(22)、第二阻隔层(23)和第三相互作用层(24)，所述第三相互作用层(24)包括第三强相互作用层(241)和第三弱相互作用层(242)，其中所述第三强相互作用层(241)具有第三强相互作用官能团(S3)，所述第三弱相互作用层(242)具有第三弱相互作用官能团(W3)；其中，所述第一磁性条(1)另一侧的第二弱相互作用官能团(W2)和所述第二磁性条(2)一侧的第三弱相互作用官能团(W3)通过弱相互作用进行固定；步骤4，诱发化学反应，使所述基底(3)一侧的第一强相互作用官能团(S1)和所述第一磁性...

【专利技术属性】
技术研发人员：成梦娇，孙英志，张倩，石峰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11