[发明专利]基于功能材料微纳三维复杂结构的原位反应直写制造方法

权利要求书

1.一种基于功能材料微纳三维复杂结构的原位反应直写制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)使用电脑建模软件绘制微纳尺度的复杂三维结构或零件实体模型，再通过软件或人工的方式，根据所需制造的微纳尺度的复杂三维结构或零件实体，设计结构化模板与接受平台之间的移动路径、速度和顺序，并编写控制结构化模板或接受平台移动的数控代码；

2)在接受平台中注入母液，创造液态的制造环境，同时母液也将直接参与后续步骤中的原位反应与微纳尺度的复杂三维结构或零件实体的制造；

3)将功能材料溶液装入精密数控挤出装置内，调整功能材料溶液的挤出速度，然后将结构化模板与精密数控挤出装置连接，并调整接受平台的位置和结构化模板的高度，使结构化模板在接受平台的坐标系中具有固定可知的位置；

4)通过数控X、Y、Z轴精密移动平台控制结构化模板或接受平台按照步骤1)中设计好的移动路径、速度和顺序进行立体空间移动，当功能材料溶液通过结构化模板挤出而形成微纳尺寸的液态线条时，通过控制功能材料溶液与母液进行原位反应条件的方式来调控微纳功能材料丝的固化程度，使微纳功能材料丝具有所需的固定形态与强度，并且使微纳功能材料丝与相邻微纳功能材料丝之间牢固融合并形成稳定可靠的结构；通过不断调控结构化模板的立体空间运动和数控挤出装置的挤出速率，即在接受平台上通过原位反应直写的方式制造出所设计的微纳尺度的复杂三维结构或零件实体；

5)将步骤4)制造好的微纳尺度的复杂三维结构或零件实体从母液构成的环境中取出，得到具有微纳尺度的复杂三维结构或零件实体；或将母液固化，使得微纳尺度的复杂三维结构或零件实体内嵌在固化后的材料中，形成具有一定内部结构的功能材料。

2.根据权利要求1所述的一种基于功能材料微纳三维复杂结构的原位反应直写制造方法，其特征在于：所述的步骤1)中微纳尺度的复杂三维结构或零件模型的每一个实际结构的尺寸或分辨率均为100nm-500um。

3.根据权利要求1所述的一种基于功能材料微纳三维复杂结构的原位反应直写制造方法，其特征在于：所述的步骤2)中的母液为能够通过原位化学反应固化的功能材料溶液。

4.根据权利要求3所述的一种基于功能材料微纳三维复杂结构的原位反应直写制造方法，其特征在于：所述的能够通过原位化学反应固化的功能材料溶液是聚二甲基硅氧烷(PDMS)主体剂、成分为丙烯酸改性环氧胶或环氧胶的两液混合硬化胶的本胶、光敏树脂。

5.根据权利要求1所述的一种基于功能材料微纳三维复杂结构的原位反应直写制造方法，其特征在于：所述的步骤3)中的结构化模板的有效幅面均为20-50mm，结构化模板的单个微孔的直径为100nm-50um，结构化模板的微孔之间的间距为1-50um。

6.根据权利要求5所述的一种基于功能材料微纳三维复杂结构的原位反应直写制造方法，其特征在于：所述的步骤3)中的结构化模板的微孔阵列分布和微孔的长度均根据所使用的功能材料的性能和所需制造微纳尺度的复杂三维结构或零件实体的形状的实际要求而进行设计，均匀分布或按照一定的规律分布；同一结构化模板上的微孔具有统一长度，或按照实际需求选择不同的长度。

7.根据权利要求5所述的一种基于功能材料微纳三维复杂结构的原位反应直写制造方法，其特征在于：所述的步骤3)中的结构化模板的微孔为阵列化微毛细管、微锥形孔或微喷头。

8.根据权利要求1所述的一种基于功能材料微纳三维复杂结构的原位反应直写制造方法，其特征在于：所述的步骤3)中的功能材料溶液的挤出速度为0.05～10ml/h。

9.根据权利要求1所述的一种基于功能材料微纳三维复杂结构的原位反应直写制造方法，其特征在于：所述的步骤3)中功能材料溶液为聚合物溶液、含有金属或金属氧化物离子的溶液，或将聚合物溶液作为功能材料溶液的溶剂，在其中添加碳纳米管、纳米石墨烯、纳米陶瓷颗粒或铁磁性材料。