一种控制液晶弹性体材料变形的4D打印方法技术

本发明专利技术公开了一种控制液晶弹性体材料变形的4D打印方法，其中，材料挤出沉积在基板上后，采用紫外光扫掠的方式对成型材料进行选择性固化，通过调节紫外光控制器所发出的紫外光照能量强度，或者通过调节紫外光控制器与成型材料之间的相对移动速度，或者调控紫外光控制器与成型材料之间的距离，来控制不同区域所受到的紫外光总辐照剂量，进而控制材料不同区域的交联密度。本发明专利技术对使用直写式打印的液晶弹性体前驱体样件的不同区域照射不同剂量的紫外光，使其不同的部位产生不同的交联密度，导致不同的部位发生向性

【技术实现步骤摘要】
一种控制液晶弹性体材料变形的4D打印方法


[0001]本专利技术涉及增材制造和智能高分子材料
，尤其涉及一种控制液晶弹性体材料变形的4D打印方法。

技术介绍

[0002]液晶弹性体是一种智能材料，既具备液晶的特性又具备聚合物的特性。其能够在外场的刺激下，如热、光、磁场等刺激下完成自身由向列相态向各向同性态的转变，其内部介晶由有序排列转变为无序，在宏观上表现为形状改变及颜色改变，并且这种改变是可逆的。由于其优异的激励
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响应特性以及良好的循环特性，可被用于制造驱动器、传感器的材料。
[0003]3D打印作为一种快速成型的增材制造技术，能够迅速的制造出预先设计的个性化形状，而使用智能材料作为3D的材料使得所打印的物体能够在外界刺激的条件下完成预先设计的形状、颜色及理化性质的变化，被称作为4D打印。可以使用液晶弹性体作为4D打印的智能材料，液晶弹性体聚合间隔基的种类及前驱体材料中所掺杂的响应粒子的不同，所制备的驱动器具备不同的刺激响应行为。
[0004]目前对于4D打印液晶弹性体多是均质的，这极大限制了其作为智能驱动器的变形灵活性，而3D打印件的材料性质是在打印过程中所赋予的，即可利用打印过程中工艺参数变化编程材料的变形行为。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述技术问题，提供一种控制液晶弹性体材料变形的4D打印方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种控制液晶弹性体材料变形的4D打印方法，其中，材料挤出沉积在基板上后，采用紫外光扫掠的方式对成型材料进行选择性固化，通过调节紫外光控制器所发出的紫外光照能量强度，或者通过调节紫外光控制器与成型材料之间的相对移动速度，或者调控紫外光控制器与成型材料之间的距离，来控制不同区域所受到的紫外光总辐照剂量，进而控制材料不同区域的交联密度。
[0008]进一步地，当使用相同的紫外光控制器扫描速度时，分别使用50mw/cm2及200mw/cm2的紫外头辐照功率进行液晶弹性体材料不同区域的光交联。
[0009]进一步地，当使用100mw/cm2的紫外辐照功率时，分别使用2mm/s及4mm/s的扫略速度进行液晶弹性体材料不同区域的光交联。
[0010]进一步地，紫外光控制器采用紫外光固化头或紫外光投影机。
[0011]进一步地，采用紫外光投影机对挤出沉积后的材料经过数字光投影固化时，通过控制投影片不同部位的透光率，控制材料接收紫外线辐照的剂量，使不同的部位产生不同的交联程度。
[0012]进一步地，材料挤出使用直写式挤出头打印机进行材料堆积。
[0013]进一步地，直写式挤出头打印机包括直写挤出头、紫外光固化头和材料成型基板，材料成型基板能够通过下方的滑台带动沿XYZ轴做运动，材料放置于挤出头中被气压挤出沉积打印在材料成型基板上，形成液晶弹性体前驱体材料，紫外光固化头发出的紫外光对打印后的样件进行固化。
[0014]进一步地，紫外光固化头选取超聚光透镜作为透镜，该紫外光固化头的聚光光斑直径为φ2mm。
[0015]进一步地，紫外光固化头可替换为紫外光投影机。
[0016]进一步地，不同区域的响应刺激温度在95℃
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155℃区间。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0018]本专利技术提供的控制液晶弹性体材料变形的4D打印方法，通过调节紫外光控制器所发出的紫外光照能量强度，或者通过调节紫外光控制器与成型材料之间的相对移动速度，或者调控紫外光控制器与成型材料之间的距离，来控制不同区域所受到的紫外光总辐照剂量，进而控制材料不同区域的交联密度，使其不同的部位产生不同的交联密度，导致不同的部位发生向性
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非向性转化的温度不同。本专利技术利用打印结构及交联密度在空间上的差异化设计，可实现液晶弹性体样件的多阶段可逆形状变化。
附图说明
[0019]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。
[0020]图1为本专利技术实施例2提供的直写式挤出头打印机的结构示意图。
[0021]图2为本专利技术实施例3提供的固化及加热样件形变流程示意图。
[0022]图3为本专利技术实施例4提供的固化及加热样件形变流程示意图。
[0023]图4为本专利技术实施例4提供的固化前样件的DSC曲线
[0024]图5为本专利技术实施例4提供的固化后样件的DSC曲线。
具体实施方式
[0025]液晶弹性体材料内部的液晶单畴可以在外力作用下定向排列。定向的液晶弹性体材料温度升高时，会产生液晶单畴由定向排列向非定向状态的转变，这种性质是可逆的，即当温度降低时，又会发生由非定向状态向定向状态的转变。伴随着液晶单畴的定向
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非定向转变，液晶弹性体材料会发生整体的伸长和缩短的形状变化。
[0026]本专利技术提供的一种控制液晶弹性体材料变形的4D打印方法，其中，材料挤出沉积在基板上后，不同的位置施加不同的紫外光剂量进行照射交联。照射剂量高的部位引起变形的温度高，照射剂量低的部位引起变形的温度低。
[0027]采用紫外光扫掠的方式对成型材料进行选择性固化，通过调节紫外光控制器所发出的紫外光照能量强度，或者通过调节紫外光控制器与成型材料之间的相对移动速度，或者调控紫外光控制器与成型材料之间的距离，来控制不同区域所受到的紫外光总辐照剂量，进而控制材料不同区域的交联密度。
[0028]材料挤出使用直写式挤出头打印机挤出成为线条沉积在成型基板上，形成驱动器
的原始形状。
[0029]按照所打印的液晶弹性体材料具有的交联程度差异级别，设置不同的加热温度。比如，交联程度1对应温度1，交联程度2对应温度2，交联程度N对应温度N。
[0030]基于液晶弹性体材料在空间交联程度的差异性，其可实现由一种二维形态1向另一种二维形态2的转变，随温度升高，又可实现由二维形态2向二维形态3的转变，同时这种形态变形是可随温度降低可逆的。
[0031]为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细介绍。
[0032]实施例1
[0033]使用加成法制备实验材料，将液晶单体C6m(RM82)，正丁胺与光引发剂进行混合，质量比为1:1:0.01。使用留有搅拌孔的瓶塞对反应烧瓶进行密封，烧瓶放入到温度100℃的油浴锅中，再利用搅拌装置以80/min的速度对混合物进行18个小时的搅拌。反应结束后将液晶油墨放置在
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5℃的冷藏箱中进行冰浴淬火2h，随后将材料放置入挤出打印针筒中进行直写光固化打印。
[0034]实施例2
[0035]使用定制化的直写式挤出头打印机进行材料堆积成型打印，打印装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制液晶弹性体材料变形的4D打印方法，其特征在于，材料挤出沉积在基板上后，采用紫外光扫掠的方式对成型材料进行选择性固化，通过调节紫外光控制器所发出的紫外光照能量强度，或者通过调节紫外光控制器与成型材料之间的相对移动速度，或者调控紫外光控制器与成型材料之间的距离，来控制不同区域所受到的紫外光总辐照剂量，进而控制材料不同区域的交联密度。2.根据权利要求1所述的控制液晶弹性体材料变形的4D打印方法，其特征在于，当使用相同的紫外光控制器扫描速度时，分别使用50mw/cm2及200mw/cm2的紫外头辐照功率进行液晶弹性体材料不同区域的光交联。3.根据权利要求1所述的控制液晶弹性体材料变形的4D打印方法，其特征在于，当使用100mw/cm2的紫外辐照功率时，分别使用2mm/s及4mm/s的扫略速度进行液晶弹性体材料不同区域的光交联。4.根据权利要求1所述的控制液晶弹性体材料变形的4D打印方法，其特征在于，紫外光控制器采用紫外光固化头或紫外光投影机。5.根据权利要求4所述的控制液晶弹性体材料变形的4D打印方法，其特征在于，采用紫外光投影机对挤出沉积后的材料经过数字光投影固化时，通过控制投影片...

【专利技术属性】
技术研发人员：何禹霖，任露泉，王振国，吴千，韩志武，刘庆萍，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：