[发明专利]4D打印热驱动可变形材料

说明书

本发明提供一种4D打印热驱动可变形材料，采用聚乳酸线材作为打印材料，并利用桌面级熔融沉积成型3D打印机打印而成；包括层叠连接的一底层结构和一顶层结构；底层结构和顶层结构分布由若干打印层堆叠而成；每一打印层由多个相互平行的线形路径填充铺排而成。本发明的一种4D打印热驱动可变形材料，通过改变底层结构和顶层结构的厚度及其线性路径角度，在高于60摄氏度的恒温水槽中加热时可实现四种变形模式，从而对整个4D打印材料在热场驱动下的变形进行精确控制。

技术领域

本发明涉及可变形材料领域，尤其涉及一种4D打印热驱动可变形材料。

背景技术

4D打印是指以智能材料为原料使用3D打印技术制造的物体，随着时间的推移或在外界刺激下(光照，电磁，温度，湿度等)会发生形状的变化。通过预先设计好打印材料的结构或排布，可使打印成型的材料变形成目标形状。4D打印的可变形和可编程这两种特性，使人们可以在生产中先打印出形状简单的物体，在预定外界环境下，该物体可变形成复杂的目标形状，极大地简化了制造和运输流程，在航空航天，医疗，建筑，机器人，军事等领域有很广阔的应用前景。

然而，现有的4D打印通常需要多材料体系，复杂的材料制备过程以及昂贵的3D打印机器才能实现，同时，如果没有建立有效的打印过程及目标形状之间的关系，这都将极大限制4D打印在相关行业中的应用。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种4D打印热驱动可变形材料，只需使用单种打印材料，由桌面级熔融沉积成型(FDM)3D打印机打印出双层结构，通过改变每一层的厚度及其打印路径角度，在加热时可实现四种变形模式，变形为具有不同应变量和曲率的复杂形状。

为了实现上述目的，本发明提供一种4D打印热驱动可变形材料，采用聚乳酸线材作为打印材料，并利用桌面级熔融沉积成型3D打印机打印而成；包括层叠连接的一底层结构和一顶层结构；所述底层结构和所述顶层结构呈矩形；所述底层结构和所述顶层结构分别由若干打印层堆叠而成；每一打印层由多个相互平行的线形路径填充铺排而成；所述底层结构的厚度为第一预设值；所述顶层结构的厚度为第二预设值；所述底层结构的所述线形路径与所述底层结构的长边的夹角相同且为第一预设夹角；所述顶层结构的所述线形路径与所述顶层结构的长边的夹角相同且为第二预设夹角。

优选地，所述打印层的高度为0.1mm。

优选地，所述第一预设夹角和所述第二预设夹角的大小相同或不同。

优选地，所述打印层的所述线形路径的打印密度为100％。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

仅使用单种打印材料及桌面级熔融沉积成型3D打印机，通过控制所打印双层结构的结构参数如每层的厚度及打印路径角度，可实现对整个4D打印材料在热场驱动下的变形进行控制。本发明具有四种变形模式，根据预设的设计指导云图，在知晓外界热场温度及每层结构参数的情况下可较为精确地预测4D打印材料的变形形状，同时可根据所需变形形状的应变，曲率等参数，反推出所需的初始4D打印材料的结构参数。

附图说明

图1为本发明实施例的4D打印热驱动可变形材料的结构示意图；

图2为本发明实施例的底层结构的结构示意图；

图3为本发明实施例的顶层结构的结构示意图；

图4～图7为本发明实施例的四种变形模式。

具体实施方式

下面根据附图图1～图7，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。