[发明专利]一种4D打印材料抓取释放机构和方法

说明书

本发明提供一种4D打印材料抓取释放机构和方法。该抓取释放机构包括4D打印材料驱动控制结构和连接该驱动控制结构的支撑结构，所述驱动控制结构包括多个驱动器片层，每个驱动器片层包括预拉伸介电弹性体薄膜、4D打印形状记忆聚合物框架、电极和电极导线，其中，将所述4D打印形状记忆聚合物框架粘贴在所述预拉伸介电弹性体薄膜上，在所述4D打印形状记忆聚合物框架镂空处的薄膜两侧表面涂覆电极并连接电极导线。本发明提供的4D打印材料抓取释放机构，结构简单，便于抓取和控制不规则形状及易碎的材料。

技术领域

本发明涉及材料夹取控制技术领域，具体涉及一种4D打印材料抓取释放机构和方法。

背景技术

4D打印是指采用3D打印加工所得的三维物体，在特定的环境和激励下(如电，光，磁，水，热及声音等)，其物理特性及功能(结构，形态，尺寸等)可以随时间的变化而发生自我转变。4D打印是3D打印的进一步发展和完善，可以生产具有自组装、自展开、自修复等功能的智能产品。

目前，具有形状记忆功能的抓取释放机构多为单向不可逆的，需要人为干预实现多次抓取；而介电弹性体抓取机构虽然可以实现可逆过程，但固定其抓取形状时需要持续进行通电，这种方式不能很好的适应不同尺寸、形状的材料，不利于对材料的精确控制。

因此，需要对现有技术进行改进，以提供适用于不规则的软材料，特别是4D打印材料的抓取释放机构。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种4D打印材料抓取释放机构和方法，可应用于形状不规则和易碎材料的抓取和控制。

根据本发明的第一方面，提供了一种4D打印材料抓取释放机构。该机构包括4D打印材料驱动控制结构和连接该驱动控制结构的支撑结构，所述驱动控制结构包括多个驱动器片层，每个驱动器片层包括预拉伸介电弹性体薄膜、4D打印形状记忆聚合物框架、电极和电极导线，其中，将所述4D打印形状记忆聚合物框架粘贴在所述预拉伸介电弹性体薄膜上，在所述4D打印形状记忆聚合物框架镂空处的预拉伸介电弹性薄膜的相对表面上涂覆电极并连接电极导线。

在一个实施例中，所述驱动控制结构包括四个具有相同结构的驱动器片层，每个驱动器片层的4D打印形状记忆聚合物框架设有三处镂空，在该三处镂空处的预拉伸介电弹性薄膜的相对表面上分别涂覆电极并连接电极导线。

在一个实施例中，基于所述多个驱动器片层的长度、期望的弯曲角度以及4D打印材料的形状、4D打印材料尺寸中的一项或多项设置所述多个驱动器片层在所述支撑结构的位置。

在一个实施例中，所述支撑结构包括圆筒形固定端、多边形平台、用于连接所述多个驱动器片层的卡槽，所述多边形平台的第一表面连接所述圆筒形固定端，所述多边形平台的第二表面连接所述卡槽，卡槽的数目与所述多个驱动器片层的数目相等。

在一个实施例中，在组装所述机构之前，基于需要的所述驱动器片层的弯曲程度和回复率对所述预拉伸介电弹性体薄膜进行预拉伸，使其达到期望的预拉伸倍率。

在一个实施例中，所述4D打印材料是具有形状记忆效应的热塑性和热固性形状记忆聚合物或其复合材料。

在一个实施例中，所述预拉伸介电弹性体薄膜是丙烯酸、硅橡胶或电子型介电弹性体。

在一个实施例中，所述电极是碳膏，所述电极导线包括铜胶带和铜丝，将碳膏均匀涂抹在所述驱动器片层镂空处的预拉伸介电弹性体薄膜的相对表面上，将铜胶带粘贴在所述驱动器片层镂空处的预拉伸介电弹性体薄膜的表面边缘位置并在铜胶带上连接铜丝。

根据本发明的第二方面，提供一种4D打印材料抓取释放方法，该方法包括以下步骤：

将所述4D打印材料抓取释放机构进行第一次加热，使4D打印形状记忆聚合物框架达到玻璃化转变温度，驱动器片层在预拉伸介电弹性体薄膜的预拉伸作用下弯曲，完成抓取动作；