[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

说明书

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，先使用电脑建模软件绘制微纳尺度的三维结构或零件实体模型，设计结构化模板与基板之间的移动路径、速度，并编写控制移动的数控代码；然后在接受平台中注入母液，创造液态的制造环境，母液将参与后续的原位反应以实现原位直写制造；再通过3d制造出微纳尺度的三维结构或零件实体；将微纳尺度的三维结构或零件实体从母液构成的环境中取出，得到具有复杂微纳三维结构或零件实体；或将母液固化，使得微纳尺度的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；本发明极大提高三维微纳制造的精度和分辨率，加快制造的效率，具有工艺简单、成本低、制造周期短等优点。

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及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。

背景技术

功能材料应用日趋广泛，相对于传统的结构材料，其具有包括光、电功能，磁功能，分离功能，形状记忆功能等，其功能的可设计性赋予了这类材料无限的可能和广阔的应用前景。在微纳机电系统、生物医疗、组织工程、新材料、新能源、微流控器件、微纳光学器件等领域有着巨大应用前景的微纳三维复杂结构与功能材料相结合，在提升各自原有应用领域中的表现之外，更涵盖和扩展出了超材料、曲面上智能蒙皮、轻质微桁架等应用领域，应用前景十分广阔。但现在的各种微纳制造技术无论从技术层面还是在生产率、成本、材料等方面还难以满足高效、低成本、批量化制造三维微纳复杂结构的工业级应用的需求。高效、低成本、批量化制造三维微纳复杂结构(尤其是大面积三维微纳复杂结构)一直被认为是一项国际化难题，也是当前国际上和产业界的研究热点，以及亟待突破的瓶颈问题。

目前常规的微纳结构制造工艺，如，光学光刻、电子束光刻、干涉光刻、激光微细加工、软光、纳米压印光刻等微纳制造技术，在结构复杂度上，主要实现2维或者2.5维微纳结构(简单几何图形)制造，难以实现真三维复杂微纳结构的制造；在待加工材料的范围上，主要适应于聚合物类或金属类的单一材料，难以实现适应多种功能材料的一体化成型。另外，现有的这些微纳制造方法还面临设备和掩模(或者模具)昂贵、制造成本高、周期长、加工效率低等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了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，不仅可以极大提高三维微纳制造的精度和分辨率，而且可以很容易地制造出传统制造和加工工艺无法实现的微纳三维复杂结构，大大加快了制造的效率，具有制造工艺简单、成本低、制造周期短、可行性高、诱导模板可多次利用等优点。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

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，包括以下步骤：

1)使用电脑建模软件绘制微纳尺度的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三维结构或零件实体，设计结构化模板与基板之间的移动路径、速度和顺序，并编写控制结构化模板或基板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，使结构化模板在接收平台的坐标系中具有固定可知的位置；