本发明专利技术公开了一种新型摩擦定向的DLP液晶弹性体4D打印装置、方法及控制变形策略，本发明专利技术提供的基于摩擦定向的DLP液晶弹性体材料4D打印装置及打印方法，在保证其打印精度的条件下，控制其不同区域内部介晶产生有序排列及排列程度，编程其4D变形行为。在打印的过程中，材料池与成型固化头之间相互摩擦，其产生的剪切力能够使得被固化成型部分的液晶弹性体层的内部介晶产生有序排列。同时，基于相互摩擦振荡的方向及摩擦振荡的频率，其有序定向方向及程度可被精准的控制。利用紫外光固化工作距离的调整，实现打印液晶介晶定向实现梯度渐变，能够减小变形过程中的应力集中，提高变形致动器使用寿命。器使用寿命。器使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种摩擦定向的DLP液晶弹性体4D打印装置、方法及控制变形策略
[0001]本专利技术涉及增材制造和智能高分子材料
，特别涉及一种新型摩擦定向的DLP液晶弹性体4D打印装置、方法及控制变形策略。
技术介绍
[0002]液晶弹性体是一种以液晶为单体的聚合物智能材料，结合了聚合物的粘弹性以及液晶的特性，其在加热到T
NI
温度以上时能够完成从向列相到各向同性相的转变从而实现宏观的变形，是一种很好的刺激响应变形材料。初始其成型方法主要使用模具法来进行成型，并使用机械拉伸来进行介晶定向使其具备变形能力，近些年来增材制造逐渐开始用于液晶弹性体体驱动器的制造，主要使用基于DIW(直接书写)的挤出式方法来对液晶弹性体进行成型制造，在材料挤出的过程中，粘性油墨从挤出头内被挤出并沉积到成型基板之上，在这个过程中受到剪切力及牵引力的定向作用从而使其内部介晶沿打印路径形成有序排列，成型后进行紫外光固化照射形成二次交联固定其有序定向。然而，受制于直写成型工艺的特点，其打印成型的精度不高(100μm)，打印成型效率较差，同时其形状变形的方向只能与打印路径相一致，大大限制了液晶弹性体智能驱动器的变形设计空间及应用场景，而使用DLP(数字光处理)工艺的液晶弹性体打印技术，尽管打印精度较高(10μm)却因为缺少成型过程中对介晶的定向过程使得打印后的液晶弹性体材料处于各向同性态，几乎没有变形能力，限制了其作为智能变形材料的应用空间。
技术实现思路
[0003]本专利技术针对上述技术问题，提供一种摩擦定向的DLP液晶弹性体4D打印装置及打印方法，在能够DLP打印液晶弹性体的同时，控制其内部介晶产生有序定向。
[0004]一种摩擦定向的DLP液晶弹性体4D打印装置，包括材料成型头、旋转电机、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、紫外投影仪、打印头、Z向导杆、X向导杆、Y向导杆、支座、材料成型头支架、滑动支架、光固化投影仪导轨和投影仪电机，Z向导杆对称设置在支座上，Z轴电机固定设置在Z向导杆远离支座的一端，材料成型头支架滑动设置在Z向导杆上，旋转电机固定设置在材料成型头支架上，旋转电机主轴穿过材料成型头支架，旋转电机主轴上设置有材料成型头，材料成型头支架与Z轴电机通过丝杠连接，Z轴电机可以带动材料成型头支架沿着Z向导杆上下滑动，Y向导杆对称固定设置在支座上，滑动支架滑动设置在Y向导杆上，Y轴电机固定设置在支座上，滑动支架与Y轴电机通过丝杠连接，Y轴电机可以带动滑动支架沿Y向导杆前后滑动，X向导杆对称设置在滑动支架上，打印头滑动设置在X向导杆上，X轴电机固定设置在滑动支架上，X轴电机与打印头通过丝杠连接，X轴电机可以带动打印头沿X向导杆左右滑动，紫外投影仪滑动设置在导轨上并可通过投影仪电机调整其与材料成型头之间的工作距离；
[0005]紫外投影仪焦距可调，导轨固定设置在支座上，打印头的移动范围在紫外投影仪
可以照射的范围内；
[0006]所述打印头上设置有材料成型池；
[0007]一种摩擦定向的DLP液晶弹性体4D打印方法，在打印过程中，材料成型池在X轴电机和Y轴电机的作用下可以延X和Y方向往复振动，材料成型头在旋转电机的作用下可以延Z轴转动，此过程中使得材料成型头与材料成型池相互摩擦产生剪切力从而使得液晶产生定向，从而控制其不同区域的定向方向及定向程度；
[0008]在打印过程中，材料成型头与材料成型池之间能够产生沿X轴方向，Y轴方向的往复振荡运动，使得打印层内部介晶沿振荡方向产生有序定向；
[0009]摩擦定向往复振荡的幅度为1
‑
5cm，频率为1
‑
10hz；
[0010]在打印过程中，材料成型头与材料成型池之间能够产生相对旋转的往复振荡运动，进而使得打印层内部介晶沿周向方向产生有序定向；
[0011]旋转摩擦定向的幅度为1
‑
10
°
，频率为1
‑
10hz；
[0012]所打印的液晶弹性体材料内部的介晶有序排列程度与往复振荡摩擦的幅度及频率有关；
[0013]不同区域的介晶有序定向程度参数值S为0
‑
0.4；
[0014]紫外投影仪与材料成型头之间的工作距离可调，紫外投影仪焦距可调，设置紫外投影仪工作焦距与其工作距离不等，利用梯度光交联密度打印介晶定向梯度变化材料；
[0015]具体的，紫外投影仪与材料成型头之间的工作距离可被设计调整，其在垂直方向上存在交联密度梯度，与紫外投影仪镜头相近的一侧紫外光密度大，随着距离增大，其紫外光强不断减弱，当固化时间较短时，其会引起光固化层沿垂直方向上产生交联密度的梯度进而导致其弹性模量不同，通过控制振荡幅度及频率，可对介晶定向产生影响，通过控制其曝光时间，控制其在垂直方向上的交联梯度，交联程度较弱的区域中界定定向被固定的程度较差，因此经过一次温度刺激循环后，其内部的定向介晶排列将被打乱，从而使得其在内部存在介晶排列的梯度，进而使得其在刺激循环中产生向低交联区域的弯曲变形；
[0016]一种控制DLP液晶弹性体4D变形的策略，控制DLP打印液晶弹性体驱动器变形的策略，其特征在于：控制打印件液晶单筹定向方式和程度，进而控制其变形行为，控制参数包括调整频率、调整幅度、调整层厚、调整方向、调整焦距；
[0017]打印单层圆盘形液晶驱动器，通过旋转电机圆周定向液晶单筹，单向旋转旋转电机，旋转频率1
‑
9hz，旋转时间3
‑
20s，之后停止旋转，进行光投影照射，温度刺激变形为金字塔形；
[0018]打印单层长方形液晶驱动器，材料成型池沿X轴往复运动，运动频率1
‑
10hz，运动幅度1
‑5°
,往复运动时间5
‑
20s，刺激收缩方向沿X方向；
[0019]打印单层长方形液晶驱动器，材料成型池沿Y轴往复运动，运动频率1
‑
10hz，运动幅度1
‑5°
，往复运动时间5
‑
20s，刺激收缩方向沿Y方向；
[0020]打印单层液晶驱动器，材料成型池沿X和Y轴同时往复运动，控制其沿X轴与Y轴振动速度与幅度大小比例，使得打印层介晶沿平面内任意方向定向，刺激收缩方向沿任意方向；
[0021]打印单层长方形液晶驱动器，控制两侧区域介晶定向程度不同，变形向低介晶定向方向弯曲；
[0022]打印双层液晶驱动器，一层材料成型池不动，另一层材料成型池沿着X轴或者Y轴或者X轴和Y轴同时震荡运动，旋转频率5
‑
10hz，旋转时间5
‑
20s，控制其变形向任意低介晶定向面方向弯曲；
[0023]打印单层梯度介晶定向长方形液晶驱动器，利用梯度光交联密度控制介晶定向沿垂直方向存在梯度变化，刺激收缩方向为低介晶定向方向。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025]本专利技术提供的基于摩擦定向的D本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种摩擦定向的DLP液晶弹性体4D打印装置，其特征在于：包括材料成型头(4)、旋转电机(3)、X轴电机(6)、Y轴电机(7)、Z轴电机(1)、紫外投影仪(8)、打印头(5)、Z向导杆(2)、X向导杆(11)、Y向导杆(12)、支座(9)、材料成型头支架(10)、滑动支架(13)、光固化投影仪导轨(15)和投影仪电机(16)，Z向导杆(2)对称设置在支座(9)上，Z轴电机(1)固定设置在Z向导杆(2)远离支座(9)的一端，材料成型头支架(10)滑动设置在Z向导杆(2)上，旋转电机(3)固定设置在材料成型头支架(10)上，旋转电机(3)主轴穿过材料成型头支架(10)，旋转电机(3)主轴上设置有材料成型头(4)，材料成型头支架(10)与Z轴电机(1)通过丝杠连接，Z轴电机(1)可以带动材料成型头支架(10)沿着Z向导杆(2)上下滑动，Y向导杆(12)对称固定设置在支座(9)上，滑动支架(13)滑动设置在Y向导杆(12)上，Y轴电机(7)固定设置在支座(9)上，滑动支架(13)与Y轴电机(7)通过丝杠连接，Y轴电机(7)可以带动滑动支架(13)沿Y向导杆(12)前后滑动，X向导杆(11)对称设置在滑动支架(13)上，打印头(5)滑动设置在X向导杆(11)上，X轴电机(6)固定设置在滑动支架(13)上，X轴电机(6)与打印头(5)通过丝杠连接，X轴电机(6)可以带动打印头(5)沿X向导杆(11)左右滑动，紫外投影仪(8)滑动设置在导轨(15)上并可通过投影仪电机(16)调整其与材料成型头(4)之间的工作距离；紫外投影仪(8)焦距可调，导轨(15)固定在支座(9)上，打印头(5)的移动范围在紫外投影仪(8)可以照射的范围内；所述打印头(5)上设置有材料成型池(14)。2.一种使用权利要求1所述的摩擦定向的DLP液晶弹性体4D打印装置的摩擦定向的DLP液晶弹性体4D打印方法，其特征在于：在打印过程中，材料成型池(14)在X轴电机(6)和Y轴电机(7)的作用下可以延X和Y方向往复振动，材料成型头(4)在旋转电机(3)的作用下可以延Z轴转动，此过程中使得材料成型头(4)与材料成型池(14)相互摩擦产生剪切力从而使得液晶产生定向，从而控制其不同区域的定向方向及定向程度；在打印过程中，材料成型头(4)与材料成型池(14)之间能够产生沿X轴方向，Y轴方向的往复振荡运动，使得打印层内部介晶沿振荡方向产生有序定向；摩擦定向往复振荡的幅度为1
‑
5cm，频率为1
‑
10hz；在打印过程中，材...
【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：
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