一种3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料的制备方法，该方法包括步骤一：设计材料的结构，用Solidworks对材料进行三维建模；步骤二：根据设计对模型进行切片处理，转换生成STL格式文件；步骤三：将STL格式文件输入3D打印系统中，设置好打印路径以及3D打印参数，层间交叉角度为0

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及涉及化学合成
，尤其涉及一种3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料的制备方法。

技术介绍

[0002]3D打印也称增材制造，是快速成型技术的一种，与传统的对原材料去除、切削、组装的加工模式不同，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印叠加的方式的一种制造方法，具有节省材料、降低生产成本、缩短产品的研制周期、提高生产效率以及具有高精度的优势。近年来3D打印技术的快速发展，使智能材料的结构设计与3D打印优势能更好地融合，为新一代智能材料的设计与制造提供理论和技术。
[0003]形状记忆聚合物是一种刺激响应智能材料，形状记忆聚合物具有一个初始的永久形状，当其处于一定的外部刺激条件(如热、电、光、化学感应等)时，可对其赋予一个临时形状并固定，当再次处于同样的外部刺激条件下时，形状记忆聚合物便可以恢复至初始的永久形状，完成一次形状记忆的循环。通常形状记忆效应需要在刺激驱动条件下人为的赋形后才能触发形状记忆效应，然而，对于一些空间结构和远程应用，通过人为外力产生折叠变形的操作难以实现，在这种情况下，自变形的功能变得尤为重要。自变形结构触发形状记忆效应不需要外部操作赋予形状，而是将固有形式的其他能量转换为机械能，从而在驱动条件下折叠为所需形状或从所需形状展开。自折叠结构在空间系统、水下机器人、小型设备和自组装系统等领域有极大的应用前景。
[0004]因此，本专利技术将形状记忆智能材料与3D打印技术相融合，开发出一种3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料的制备方法，形成了一种高效、高精度、多模式变形一体化的新型制备技术。通过调整挤出头与底板之间的距离，使材料在3D打印的同时也对挤出丝进行预拉伸，底板或粘合层的限制使预应力可以很好的保存到材料中，不同的打印高度配合不同的打印角度可实现多模式自变形，开发了一种工艺简单、成本低、应用范围广、具有普适性的制备方法。该方法既保证了变形的精度和复杂的变形结构，还可以通过3D打印参数的设定对样件预应力置入进行优化，为制备具有快速响应的智能自变形形状记忆智能材料提供了新思路、新途径，并奠定良好的技术基础。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是将形状记忆智能材料与3D打印技术相融合，通过调整挤出头与底板之间的距离，使材料在3D打印的同时也对挤出丝进行预拉伸，底板或粘合层的限制使预应力可以很好的保存到材料中，不同的打印高度配合不同的打印角度可实现多模式自变形，进而提供一种高效、高精度、多模式变形一体化的3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料的制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术的一种3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料的制备方法，该方法包括：
[0008]步骤一：设计材料的结构，用Solidworks对材料进行三维建模；
[0009]步骤二：根据步骤一设计对模型进行切片处理，转换生成STL格式文件；
[0010]步骤三：将STL格式文件输入3D打印系统中，设置好打印路径以及3D打印参数，层间交叉角度为0
°-
180
°
；
[0011]步骤四：采用熔融沉积成型工艺，首先将打印挤出头和底板恢复到零点位置，对挤出头高度进行微调，调整挤出头与底板的距离为0.2mm-0.6mm，使材料在3D打印时对挤出丝进行预拉伸，底板或粘合层的限制使预应力保存到材料中，使材料能够固定临时形状；
[0012]步骤五：进行打印，直至材料打印完毕；
[0013]步骤六：打印完成后，将材料加热到玻璃化转变温度以上。
[0014]进一步的，所述挤出头出口直径范围为0.2mm-0.4mm；
[0015]所述挤出头挤出速度范围为40mm/s-60mm/s；
[0016]所述挤出头填充率范围为60％-100％；
[0017]所述挤出头打印层厚度范围为0.1mm-0.3mm；
[0018]所述挤出头打印材料体积的最大取值范围为10-12mm2/s。
[0019]进一步的，不同的打印高度配合不同的打印角度实现材料多模式自变形；
[0020]不同的打印角度和层间配合用以控制材料的自变形形状；
[0021]所述挤出头的打印层厚、填充率以及外围打印圈数用以调节材料自变形的变形幅度和响应速度。
[0022]进一步的，所述材料用聚合物可采用丝状或粉末状或颗粒状进行3D打印。
[0023]在上述技术方案中，本专利技术提供的一种3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料的制备方法，具有以下有益效果：
[0024]1、本专利技术所制备的3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料与常规的形状记忆聚合物变形方式不同，变形前无需赋形，制备好的样品加热至玻璃化转变温度以上，材料即可自发的发生变形；其变形形状主要与打印角度有关，如打印角度为0
°
样件会自发的卷曲，打印角度在0
°
与90
°
之间时，样件会自发的变为直径大小不同的螺旋结构等；
[0025]2、本专利技术所制备3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料，通过调整打印过程中的层厚、外围圈数以及填充率等，可有效控制自变形形状记忆智能材料的智能变形幅度以及响应速度；
[0026]3、本专利技术所制备出的样品具有简单临时形状，在热刺激下可自发的变为复杂永久形状，无需设计复杂的结构或支撑，通过简单的的加工步骤即可获得具有复杂永久形状的样件；
[0027]4、传统的形状记忆聚合物变形，先将其加热至玻璃化转变温度以上赋形，然后冷却至玻璃化转变温度以下固定临时形状，一般均为手动或借助模具赋型，工序繁琐，精度较低。与传统的变形模式不同，本专利技术所制备的3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料，通过3D打印一步成型，工序简单，赋型精度较高，可按需变形；
[0028]5、本专利技术所提出的制备方法简化了加工步骤，节省生产成本，提高了加工效率，工序简单，且具有普适性，可实现高精度的赋形，实现多模式、多样化的自变形；且任何形状记忆聚合物均可采用该方法制备自变形材料，为解决形状记忆智能变形材料的实际应用问题
提供了一种行之有效的新方法。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术提供的一种3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料的制备方法中3D打印角度为0
°
的自变形智能材料的打印样品图；
[0031]图2为本专利技术提供的一种3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料的制备方法中3D打印角度为45
°
的自变形智能材料的打印样品图；
[0032]图3为本专利技术提供的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印无赋形自变形形状记忆智能材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：步骤一：设计材料的结构，用Solidworks对材料进行三维建模；步骤二：根据步骤一设计对模型进行切片处理，转换生成STL格式文件；步骤三：将STL格式文件输入3D打印系统中，设置好打印路径以及3D打印参数，层间交叉角度为0
°-
180
°
；步骤四：采用熔融沉积成型工艺，首先将打印挤出头和底板恢复到零点位置，对挤出头高度进行微调，调整挤出头与底板的距离为0.2mm-0.6mm，使材料在3D打印时对挤出丝进行预拉伸，底板或粘合层的限制使预应力保存到材料中，使材料能够固定临时形状；步骤五：进行打印，直至材料打印完毕；步骤六：打印完成后，将材料加热到玻璃化转变温度以上。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁云虹，张澜，林兆华，张志辉，任雷，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：