一种多刺激形状记忆颜色变化双响应3D打印结构件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多刺激形状记忆颜色变化双响应3D打印结构件及其制备方法，制备方法包括如下步骤:步骤一、将PCL粉、TPU粉、变色微胶囊三种颗粒，机械搅拌混合均匀后得到混合粒料；步骤二、将混合粒料加入到单螺杆挤出机，制备出3D打印复合线材；步骤三、采用步骤二制得的复合线材，引入磁性形状记忆合金纤维作为连续导电纤维，利用改进的3D打印机将复合线材和磁性形状记忆合金纤维复合在一起，制备出具有形状记忆和颜色变化双响应的3D打印结构件。本发明专利技术在传统聚合物材料的基础上，设计开发PCL/TPU/MC形状记忆颜色变化双响应3D打印复合线材，制备出电热、水热和磁刺激形状记忆颜色变化双响应PCL/TPU/MC@MSMA 3D打印结构件，极大地提升了3D打印结构件的智能性。地提升了3D打印结构件的智能性。地提升了3D打印结构件的智能性。

【技术实现步骤摘要】
一种多刺激形状记忆颜色变化双响应3D打印结构件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及3D打印
，具体涉及一种多刺激形状记忆颜色变化双响应3D打印结构件及其制备方法。

技术介绍

[0002]3D打印技术是一类利用打印头、喷嘴或其他打印技术，通过材料堆积的方式制造三维固态物体的工艺技术。迄今，随着市场发展的需要和3D打印技术的巨大进步，其应用领域广泛分布于医疗器件、工业制造、航空航天等各个行业。根据所使用的3D打印材料的不同，3D打印制品所适用的范围也有所不同。凭借3D打印技术这一独特的制造技术，使得人们可以生产各类前所未有的产品。由于3D打印制造技术完全改变了传统工业制造的方式和原理，可为企业降低成本、缩短工时且简化工艺，对传统制造程序是一种颠覆。
[0003]3D打印材料是3D打印技术不断发展的重要物质基础，3D打印技术的真正优势在于3D打印材料，同时也是3D打印工艺发展的主要制约因素之一。3D打印技术创新突破的关键点和难点也会在新材料方面，只有开发更多的3D打印新材料才能拓展3D打印技术的应用领域。当前，3D打印材料主要包括聚合物材料、陶瓷材料、金属材料和复合材料，但是其功能特性单一，使得打印出来的构件，颜色固定不可变化和恢复，形状固定后不能恢复。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有3D打印材料的智能性单一，不能使打印出来的构件具有色彩变幻和恢复，形状变换及恢复的问题，本专利技术提供一种多刺激形状记忆颜色变化双响应3D打印结构件及其制备方法，在传统聚合物材料的基础上，设计开发PCL/TPU/MC形状记忆颜色变化双响应3D打印复合线材，引入磁性形状记忆合金纤维作为连续导电纤维，利用改进的3D打印机制备电热、水热和磁刺激形状记忆颜色变化双响应PCL/TPU/MC@MSMA 3D打印结构件，形状记忆功能赋予了3D打印结构件第四维的响应“时间”性，同时在多重刺激作用下颜色同步变化，极大地提升了3D打印结构件的智能性。
[0005]技术方案：一种多刺激形状记忆颜色变化双响应3D打印结构件的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、将PCL粉、TPU粉、变色微胶囊三种颗粒，机械搅拌混合均匀后得到混合粒料；
[0007]步骤二、将混合粒料加入到单螺杆挤出机，制备出3D打印复合线材；
[0008]步骤三、采用步骤二制得的复合线材，引入磁性形状记忆合金纤维作为连续导电纤维，利用改进的3D打印机将复合线材和磁性形状记忆合金纤维复合在一起，制备出具有形状记忆和颜色变化双响应的3D打印结构件。
[0009]进一步的，所述步骤一中，PCL粉、TPU粉的粒径为10～150μm；变色微胶囊的粒径为2～10μm；所述混合粒料中各组分的质量百分比为：PCL粉为50～80％，TPU粉为10～40％，变
色微胶囊为2～10％。
[0010]进一步的，所述步骤二中，单螺杆挤出机设置的加热温度为90～115℃，螺杆转速为2.5～10.0r/min。
[0011]进一步的，所述步骤三中改进的3D打印机具有两个进线口，分别为复合线材进线口和磁性形状记忆合金纤维进线口。
[0012]进一步的，所述步骤一中，机械搅拌混合的转速为350r/min。
[0013]进一步的，所述步骤一中，所述混合原料为PCL粉、TPU粉和变色微胶囊；PCL粉的粒径为38μm，TPU粉的粒径为38μm，变色微胶囊的粒径分布为2～10μm；PCL粉、TPU粉、变色微胶囊的质量分数分别为70％、24％、6％；
[0014]所述步骤二中，所述单螺杆挤出机加热温度为100℃，螺杆转速为4.6r/min，制得的复合线材的直径为1.75
±
0.1mm；
[0015]所述步骤三中，磁性形状记忆合金纤维的直径为0.15mm，3D打印机加热温度150℃；制备出的3D打印结构件为条状结构，磁性形状记忆合金纤维分布在打印结构件的内部，相邻磁性形状记忆合金纤维的横向间距为1.8mm，纵向间距为0.4mm。
[0016]进一步的，所述3D打印结构件的刺激方式为水热和电热；所述双响应方式为形状记忆和颜色变化，形变温度为55℃，变色温度为43℃；电热刺激温度高于55℃时，所述3D打印结构件的形状记忆和颜色变化同步响应。
[0017]有益效果：
[0018]本专利技术方法制备的多刺激形状记忆颜色变化双响应3D打印结构件既具有电热、水热和磁刺激形状记忆性能，又有温度变化引发的变色性能。
[0019]PCL/TPU/MC复合材料原本具有良好的热刺激形状记忆性能，随着形状记忆合金丝的引入，制备出的PCL/TPU/MC@MSMA打印结构件在形状记忆聚合物复合材料与磁性形状记忆合金纤维的协同作用下，增加了打印结构件刺激的种类，同时提高了3D打印结构件的形状记忆能力，使其具有极佳的电热、水热和磁刺激形状记忆与颜色变化双响应性能，显著提升其智能性。
附图说明
[0020]图1是本专利技术采用单螺杆挤出机制备PCL/TPU/MC 3D打印复合线材的流程示意图；
[0021]图2是本专利技术采用改进的3D打印机制备PCL/TPU/MC@MSMA打印结构件的示意图；其中，(a)是本专利技术采用改进的3D打印机制备PCL/TPU/MC@MSMA打印结构件时的进料和出料的示意图；(b)是采用改进的3D打印机制备PCL/TPU/MC@MSMA条形打印结构件打印台面的示意图；(c)为3D打印条形结构件中MSMA的线路设计示意图；
[0022]图3是本专利技术PCL/TPU/MC@MSMA条形打印结构件的拉力
‑
应变测试示意图；
[0023]图4是本专利技术PCL/TPU/MC@MSMA条形打印结构件弯曲测试示意图；
[0024]图5是本专利技术PCL/TPU/MC@MSMA条形打印结构件及其组分微观形貌测试示意图(a)MC，(b)MSMA，(c)PCL/TPU/MC线材，(d)PCL/TPU/MC@MSMA复合线材，(e)PCL/TPU/MC线材截面形貌，(f
‑
i)PCL/TPU/MC@MSMA条形打印结构件截面形貌；
[0025]图6水热刺激PCL/TPU/MC@MSMA条形打印结构件的形状记忆颜色变化双响应示意图；
[0026]图7 0～18V不同电压作用下PCL/TPU/MC@MSMA条形打印结构件的颜色变化，电压间隔时间为3s；
[0027]图8PCL/TPU/MC@MSMA条形打印结构件在15V电压下，负载演示形状颜色同步变化示意图。
具体实施方式
[0028]下面通过附图及具体实施例对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于实施例。
[0029]下述实施例中，制备原料为：聚己内酯粉，简称PCL，分子量6000，购自日本大赛璐化学工业株式会社；聚氨酯粉，简称TPU，型号5018，购自德国拜耳公司；变色微胶囊，简称MC，热致变色温度43℃，粒径分布2～10μm，购自苏州本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多刺激形状记忆颜色变化双响应3D打印结构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将PCL粉、TPU粉、变色微胶囊三种颗粒，机械搅拌混合均匀后得到混合粒料；步骤二、将混合粒料加入到单螺杆挤出机，制备出3D打印复合线材；步骤三、采用步骤二制得的复合线材，引入磁性形状记忆合金纤维作为连续导电纤维，利用改进的3D打印机将复合线材和磁性形状记忆合金纤维复合在一起，制备出具有形状记忆和颜色变化双响应的3D打印结构件。2.根据权利要求1所示一种多刺激形状记忆颜色变化双响应3D打印结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，PCL粉、TPU粉的粒径为10～150μm；变色微胶囊的粒径为2～10μm；所述混合粒料中各组分的质量百分比为：PCL粉为50～80％，TPU粉为10～40％，变色微胶囊为2～10％。3.根据权利要求1所示一种多刺激形状记忆颜色变化双响应3D打印结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，单螺杆挤出机设置的加热温度为90～115℃，螺杆转速为2.5～10.0r/min。4.根据权利要求1所示一种多刺激形状记忆颜色变化双响应3D打印结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤三中改进的3D打印机具有两个进线口，分别为复合线材进线口和磁性形状记忆合金纤维进线口。5.根据权利要求1所示一种多刺激形状记忆颜色变化双响应3D打印结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤三中磁性形状记忆合金纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴官正，李过，马文杰，李子银，任晓慧，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：