4D打印磁性复合粉材、仿食管软体机器人及其制备方法技术

本发明专利技术属于复合材料4D打印及软体机器人制造技术领域，公开了一种4D打印磁性复合粉材、仿食管软体机器人及其制备方法，利用柔性高分子粉末、磁性粉末、抗氧化剂、辅助功能添加剂和流变助剂制备用于4D打印的磁性复合粉材；基于4D打印磁性复合粉材及待制造的仿食管软体机器人的三维模型，采用激光选区烧结工艺成型制造成形件，对所制得的成形件进行充磁使得其具有永磁性，充磁后的仿食管软体机器人具备磁响应变形和定向输运能力。本发明专利技术制备的4D打印用磁性复合粉末具有优良的磁性和机械力学性能，基于其成型的仿食管软体机器人具有磁响应变形和定向输运能力，进一步拓宽了4D打印在智能仿生软体机器人领域的应用。智能仿生软体机器人领域的应用。智能仿生软体机器人领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
4D打印磁性复合粉材、仿食管软体机器人及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料4D打印及软体机器人制造
，尤其涉及一种4D打印磁性复合粉材、仿食管软体机器人及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，经过四十多年的发展，3D打印技术已经成为一种多功能技术平台，并已成为未来先进制造系统的强大技术，但是随着科技的发展，对于加工的产品性能要求越来越高，传统的3D打印技术加工的静态构件难以满足对于智能变化的要求，因此，4D打印技术应运而生。通过将时间这一维度引入到增材制造中，使得静态3D打印物体响应温度、光线、水、pH值、磁场等外部刺激随时间改变其形状、性能和功能，从而赋予3D打印新的生命力。4D打印源于3D打印机、智能材料和设计的快速发展和跨学科研究，目前4D打印仍处于起步阶段，但已成为增材制造的一个重要的分支，而4D打印的关键技术仍然是可4D打印智能材料的开发，因此发展4D打印技术和可4D打印智能材料对于未来智能工业的发展具有极其重要的意义。
[0003]感知外界刺激和变形是许多生物为了保护自己免受周围环境变化而进化来的生存智慧，赋予软体机器人集成传感外界刺激和变形的能力对于智能软体机器人的发展至关重要。与热、光、水、PH值等响应驱动相比，磁响应驱动软体机器人具有更加优异的可控性，因此可以预见的是未来软体机器人领域一个很重要的发展方向就是磁感应驱动软体机器人。目前，用于4D打印的磁性材料非常罕见，而将4D打印与磁感应驱动软体机器人结合是本领域最具挑战的课题之一，也是磁性4D打印用复合材料的应用所需解决的问题之一。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0005]现有技术中缺少用于4D打印的磁性材料，无法将4D打印与磁感应驱动软体机器人结合。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种4D打印磁性复合粉材、仿食管软体机器人及其制备方法。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种4D打印磁性复合粉材由以下重量计份的原料组成：柔性高分子粉末600～800份、磁性粉末100～300份、抗氧化剂15～25份、辅助功能添加剂30～50份和流变助剂8～12份。
[0008]进一步，所述柔性高分子粉末包括但不限于热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯(PP)、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物(ABS)等热塑性高分子材料中的一种或几种的混合物。
[0009]进一步，所述磁性粉末为钕铁硼粉末、铁氧体粉末、铁钴粉末及铁镍粉末中的一种或几种，粒径范围为1～50μm。
[0010]进一步，所述抗氧化剂为丁基羟基茴香醚(BHA)、二丁基羟基甲苯(BHT)、没食子酸
丙酯(PG)、叔丁基对苯二酚(TBHQ)等酚类化合物中的一种或几种的混合物，粒径范围为1～50μm。
[0011]进一步，所述辅助功能添加剂为抗菌材料、抗静电材料、抗辐射材料中的一种或几种的混合物。
[0012]进一步，所述流变助剂为聚烯烃微粒、气相二氧化硅、蓖麻油衍生物中的一种或者几种的混合物。
[0013]本专利技术的另一目的在于提供一种4D打印磁性复合粉材的制备方法，所述4D打印磁性复合粉材的制备方法包括：
[0014]步骤一，将柔性高分子粉末、磁性粉末、抗氧化剂和辅助功能添加剂加入到行星搅拌器中，转速1000r/min，搅拌混合1h得到磁性复合粉末；
[0015]步骤二，将步骤一得到的磁性复合粉末置于挤出造粒机中，在120℃温度下加热挤出造粒，得到磁性复合颗粒；
[0016]步骤三，将步骤二得到的磁性复合颗粒冷却干燥后置于深冷粉碎机中粉碎，得到粒径更加均匀的微米级磁性复合粉末；
[0017]步骤四，将步骤三得到的微米级磁性复合粉末与流变助剂充分混合过筛，得到用于4D打印的磁性复合粉材。
[0018]本专利技术的另一目的在于提供一种4D打印磁性复合粉材制备的仿食管软体机器人，所述仿食管软体机器人的厚度为3～5mm，形状有单向直管。
[0019]本专利技术的另一目的在于提供一种仿食管软体机器人的制备方法，所述仿食管软体机器人的制备方法包括：
[0020](1)基于4D打印磁性复合粉材及待制造仿食管软体机器人的三维结构，采用激光选区烧结工艺成形待制造仿食管软体机器人的成形件；
[0021](2)将步骤(1)成形的仿食管软体机器人进行充磁使其具有永磁性，并将充磁后的软体机器人置于磁场中使其发生变形运动，完成待制造零件的4D打印制造。
[0022]进一步，所述激光选区烧结工艺制备仿食管软体机器人的参数为预铺起始温度为120℃，预铺时间间隔为20s，预铺粉床厚度为2.4mm，加工温度在130～150℃，扫描速度为3500～4000mm/s，扫描间距为0.2～0.3mm，激光功率为45～50W，铺粉厚度为0.1～0.12mm，加工完成后，自然冷却至室温后取出成形件。
[0023]结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0024]第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本专利技术的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本专利技术技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
[0025]本专利技术将磁性粉末和柔性高分子粉末以及流变助剂和其他功能材料粉末充分混合得到多种复合粉末，赋予成形件磁响应变形的能力。
[0026]本专利技术通过采用激光选区烧结工艺使得磁性复合粉末材料成形，提高了成形件的层间结合强度，增强了成形件的力学性能。
[0027]本专利技术通过向粉末中添加其他功能材料，使得成形件具有抗菌、抗静电、防辐射等性能。
[0028]本专利技术制备成型的仿食管软体机器人可以感知外部的磁场刺激，实现物体的定向输运。
[0029]第二，把技术方案看作一个整体或者从产品的角度，本专利技术所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
[0030]本专利技术在提高粉材可4D打印性的同时赋予其磁性和其他性能，以克服现有4D打印粉材的不足，拓展4D打印材料的范围种类。基于4D打印磁性复合粉材制备的仿食管软体机器人具有磁响应变形和物体定向输运能力，可以进一步推进4D打印在仿生软体机器人领域的应用。
[0031]第三，作为本专利技术的权利要求的创造性辅助证据，还体现在本专利技术的技术方案是否克服了技术偏见：
[0032]本专利技术提出了一种4D打印磁性复合粉材的制备方法，并基于得到的磁性粉材制备出一种仿食管软体机器人，所用材料均为工业化大规模生产的材料，进一步降低了4D打印材料的生产成本，简化了生产工艺，同时克服了软体机器人传统制备方法复杂、结构简单、精度低等缺点，拓展了4D打印的应用范围。
附图说明
[0033]图1是本专利技术实施例提供的4D打印磁性复合粉材的制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种4D打印磁性复合粉材，其特征在于，所述4D打印磁性复合粉材由以下重量计份的原料组成：柔性高分子粉末600～800份、磁性粉末100～300份、抗氧化剂15～25份、辅助功能添加剂30～50份和流变助剂8～12份。2.如权利要求1所述的4D打印磁性复合粉材，其特征在于，所述柔性高分子粉末包括热塑性聚氨酯弹性体橡胶、聚酰亚胺、聚丙烯、丙烯腈
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丁二烯
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苯乙烯共聚物中的一种或几种混合物。3.如权利要求1所述的4D打印磁性复合粉材，其特征在于，所述磁性粉末为钕铁硼粉末、铁氧体粉末、铁钴粉末及铁镍粉末中的一种或几种混合物，粒径范围为1～50μm。4.如权利要求1所述的4D打印磁性复合粉材，其特征在于，所述抗氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、没食子酸丙酯、叔丁基对苯二酚中的一种或几种混合物，粒径范围为1～50μm。5.如权利要求1所述的4D打印磁性复合粉材，其特征在于，所述辅助功能添加剂为抗菌材料、抗静电材料、抗辐射材料中的一种或几种混合物。6.如权利要求1所述的4D打印磁性复合粉材，其特征在于，所述流变助剂为聚烯烃微粒、气相二氧化硅、蓖麻油衍生物中的一种或者几种混合物。7.一种用于制备如权利要求1～6任意一项所述的4D打印磁性复合粉材的制备方法，其特征在于，所述4D打印磁性复合粉材的制备方法包括：步骤一，将柔性高分子粉末、磁性粉末、抗氧化剂和辅助功能添加剂加入到行星搅拌器中，转速1000r...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏彬，张善飞，闫春泽，史玉升，
申请(专利权)人：深圳华中科技大学研究院，
类型：发明
国别省市：