一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，对临时形变的3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，基于3D打印样品中导电连续纤维的形状记忆变形的特性，通过控制电流的大小和通电时长，使临时形变的3D打印样品发生形状恢复，可以根据需要控制3D打印样品形状恢复程度，恢复程度可控，恢复效果多样，控制3D打印样品恢复的过程中即实现了3D打印样品的动态形变过程，仅需要控制电流大小和通电时间即可，无需手动操作，更加智能。相较于将3D打印样品整体置于热环境中，直接采用油浴、水浴或者加热箱进行加热的方法，本发明专利技术所提供的方法可以控制记忆变形后的样品的形状恢复，从而实现动态形变，形变的动态变化过程的可控性好。形变的动态变化过程的可控性好。形变的动态变化过程的可控性好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法
[0001]本申请为申请号为201911280498.0，申请日为2019年12月13，专利技术创造名称为“一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法”的申请的分案申请。


[0002]本专利技术属于3D打印领域，更具体地，涉及一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法。

技术介绍

[0003]3D打印技术是一种快速、方便、低成本的制造手段，同时可以不受制造工艺的限制，对复杂、难以用传统加工方法进行加工的样品进行加工，存在很高的应用价值。
[0004]熔融沉积技术是3D打印技术中使用最广泛的方法，此技术通过打印头挤出熔融的聚合物，层层铺叠，最终形成三维物体。通过调节打印过程中的打印参数，实现了打印过程中3D打印样品形状的可控，使得用户可以根据所需样品的形状、性能和功用更改打印参数，通过设计打印路径，轻松、快速的实现用户自定义的制造。
[0005]随着社会的发展，人类的生产需求也越来越高，设计制造出机-电-热一体化的功能调控材料已经成为航空航天、船舶制造等领域的迫切需求。现有的方法通常采用热致形状记忆聚合物来实现3D打印，热致形状记忆材料广泛应用于可控形变的部件，能够在加热后通过外力改变形状，并且在降温和撤去外力后固定这个临时形状，当再次加热后会恢复原始形状。其形状记忆效应与材料性能无关，主要受结构、形态以及加工、编程技术的影响。经过不断的研究进步，形状记忆材料的智能变形已经成为新的热点。
[0006]但热致形状记忆变形在实际应用中最大的不便之处就是加热方式，现有的形变控制方法通常将3D打印样品通过油浴、水浴或者加热箱进行加热，且需要将样品整体置于热环境中，无法进行局部加热，操作场地受限；另外对于高温聚合物，高温环境不容易实现，且在固定临时形状过程中由于环境温度过高，无法手动固定临时形状，直接采用上述方法使得形变的动态变化过程不可控。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提出一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，旨在解决现有技术由于将3D打印样品整体置于热环境中，直接采用油浴、水浴或者加热箱进行加热而导致的形变的动态变化过程不可控的问题。
[0008]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，包括以下步骤：
[0009]S1、对3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，产生高于3D打印样品中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度的温度，对3D打印样品进行加热；
[0010]S2、根据所需形变，在3D打印样品相应位置处施加作用力，使其产生相应的形变；
[0011]S3、停止通电，使3D打印样品的温度冷却到3D打印样品中热致形状记忆聚合物的
玻璃化转变温度以下，撤去所施加的相应作用力，样品会固定在受力时的形状，完成相应的形变；
[0012]其中，3D打印样品包括导电连续纤维和热致形状记忆聚合物，其中导电连续纤维表面包覆着热致形状记忆聚合物。
[0013]进一步优选地，上述3D打印样品在3D打印过程中，根据所需样品的可变性要求，确定导电连续纤维的位置、形状和密度分布，从而进一步确定导电连续纤维的打印路径，实现3D打印。
[0014]进一步优选地，上述3D打印样品在3D打印过程中，热致形状记忆聚合物和导电连续纤维分别进行打印，打印过程互不干扰，分别根据二者的打印路径以及预设好的打印速度、打印厚度、进给速度和温度打印出样品。
[0015]进一步优选地，3D打印样品中的导电连续纤维的位置和密度分布不同，产生的形变效果不同。
[0016]进一步优选地，上述导电连续纤维的形状为“S”型。
[0017]通过本专利技术第一方面所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0018]1、本专利技术第一方面提供了一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，首先基于导电连续纤维的电热效应产生加热源，给3D打印样品提供发生形变的可控温度条件；然后在相应的位置施加相应的力，使样品发生形变；通过整体加热或局部加热，从而实现3D打印样品的整体或局部不同形状的变形，整个过程中，加热温度、施力位置、力的大小都是可控的，形变种类多。相较于将3D打印样品整体置于热环境中，采用油浴、水浴或者加热箱进行加热的方法，本专利技术所提供的方法可以在任意空间位置通电加热，便于手动控制形状记忆变形，形变的动态变化过程的可控性好。
[0019]2、本专利技术第一方面所提供的基于3D打印技术的控制样品形变的方法，在施加的作用力相同的情况下，不同的导电连续纤维的位置和密度分布使得3D打印样品各个部位受热的情况不同，分布有导电连续纤维以及导电连续纤维密度较大的部位温度较高，优先产生形变。故3D打印样品中的导电连续纤维的位置和密度分布不同，产生的形变效果也不同，通过控制3D打印样品中的导电连续纤维的位置和密度分布，可以实现3D打印样品形变的可控，可控性较好。
[0020]第二方面，本专利技术提供了一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，包括以下步骤：
[0021]S1、对3D打印样品进行加热，使其产生临时形变；
[0022]S2、对临时形变的3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，通过控制电流的大小和通电时长，使临时形变的3D打印样品发生不同程度的形状恢复，完成相应的形变；
[0023]其中，3D打印样品包括导电连续纤维和热致形状记忆聚合物，其中导电连续纤维表面包覆着热致形状记忆聚合物。
[0024]进一步优选地，上述3D打印样品在3D打印过程中，根据所需样品的可变性要求，确定导电连续纤维的位置和密度分布，从而进一步确定导电连续纤维的打印路径，实现3D打印。
[0025]进一步优选地，上述3D打印样品在3D打印过程中，热致形状记忆聚合物和导电连
续纤维分别进行打印，打印过程互不干扰，分别根据二者的打印路径以及预设好的打印速度、打印厚度、进给速度和温度打印出样品。
[0026]进一步优选地，3D打印样品中的导电连续纤维的位置和密度分布不同，产生的形变效果不同。
[0027]进一步优选地，上述导电连续纤维的形状为“S”型。
[0028]通过本专利技术第二方面所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0029]1、本专利技术第二方面提供了一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，对临时形变的3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，基于3D打印样品中导电连续纤维的形状记忆变形的特性，通过控制电流的大小和通电时长，使临时形变的3D打印样品发生形状恢复，可以根据需要控制3D打印样品形状恢复程度，恢复程度可控，恢复效果多样，控制3D打印样品恢复的过程中即实现了3D打印样品的动态形变过程，仅需要控制电流大小和通电时间即可，无需手动操作，更加智能。相较于将3D打印样品整体置于热环境中，直接采用油浴、水浴或者加热箱进行加热的方法，本专利技术所提供的方法可以控制记忆变形后的样品的形状恢复，从而实现动态形变，形变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对3D打印样品进行加热，使其产生临时形变；S2、对临时形变的3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，通过控制电流的大小和通电时长，使临时形变的3D打印样品发生不同程度的形状恢复，完成相应的形变；其中，3D打印样品包括导电连续纤维和热致形状记忆聚合物，其中导电连续纤维表面包覆着热致形状记忆聚合物。2.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的控制样品形变的方法，其特征在于，所述3D打印样品在3D打印过程中，根据所需样品的可变性要求，确定导电连续纤维的位置和密度分布，从而进一步确定导...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧剑锋，周玉婷，张志辉，化征，周天若，羊佑舟，周成，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：