[发明专利]一种用于超材料制备的3D打印设备

说明书

本发明涉及一种用于超材料制备的3D打印设备，该3D打印设备包括基底沉积系统、回路沉积系统和中枢控制系统；其中，所述中枢控制系统控制所述基底沉积系统和所述回路沉积系统；所述基底沉积系统在所述中枢控制系统控制下构筑超材料周期结构的基底，该基底为导电回路结构提供附着位点；所述回路沉积系统在所述中枢控制系统控制下在所述基底沉积系统构筑的基底上通过喷墨枪头沉积导电物质形成电磁波响应性结构。该3D打印设备通过使用基底沉积系统和回路沉积系统，能够实现基底材料和导电材料的同时打印，从而构造具有周期性结构或类周期性结构的超材料。

技术领域

本发明涉及一种超材料制备技术，具体涉及一种用于超材料制备的3D打印设备。

背景技术

超材料，又被称为异向媒质，拥有着天然材料所不具备的超常物理性能。这类材料一般是由一系列结构单元规则排列组成，具有类似晶体中原子的周期性结构，而每一个结构单元都可以理解为一个LC回路。因此，超材料会与特定频率的电磁波发生谐振，产生独特的电磁性能，例如表观负介电常数(磁导率)等性质。这些特点决定了超材料在成像、隐身、通讯等领域有着非常诱人的前景。

超材料的每个结构单元都可以看作是一个LC回路，因此需要有负载于结构单元基底上的特定导电结构。然而，鉴于其复杂的结构，除了二维超材料可以通过光刻等简单的方法直接成型，三维的超材料制备过程极其繁琐，需要先制备单元结构并将其搭建起来，而这种复杂的制备方法限制了超材料的发展和应用。

3D打印是一种新兴的快速成型技术，以计算机三维设计模型为蓝本，利用激光烧结，加热熔融等方式将金属、陶瓷粉末或聚合物等材料，通过计算机数字软件程序控制，逐层堆积粘结成型，从而制造出实体产品。简单来说，可以将3D打印看作是2D打印技术在空间上的叠加。这种打印技术相比于传统的成型技术，不需要复杂的模具和工艺，设备小巧，程序由计算机控制，操作简便，因而备受关注，逐渐在生物、医学、建筑、航空等领域开拓了广阔的应用空间，尤其适合小批量、个性化、结构复杂的中空部件。因此，将3D打印用于超材料的制备成为业内关注的问题。

发明内容

本发明为了克服目前超材料制备方式的繁琐性，提供一种用于超材料制备的3D打印设备，可以极大简化超材料的制备过程，使其具有更加广泛的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

(1)一种用于超材料制备的3D打印设备，该3D打印设备包括基底沉积系统、回路沉积系统和中枢控制系统；其中，

所述中枢控制系统控制所述基底沉积系统和所述回路沉积系统；

所述基底沉积系统在所述中枢控制系统控制下构筑超材料周期结构的基底，该基底为导电回路结构提供附着位点；

所述回路沉积系统在所述中枢控制系统控制下在所述基底沉积系统构筑的基底上通过喷墨枪头沉积导电物质形成电磁波响应性结构；

该3D打印设备通过使用基底沉积系统和回路沉积系统，能够实现基底材料和导电材料的同时打印，从而构造具有周期性结构或类周期性结构的超材料。

(2)在前述技术方案(1)的基础上，该3D打印设备还包括定位系统，所述定位系统控制所述基底沉积系统和所述回路沉积系统的位置和位移。

(3)在前述技术方案(2)的基础上，所述定位系统还用于校准和控制基底沉积系统和回路沉积系统的位置和位移。

(4)在前述技术方案(1)至(3)中任一项的基础上，该3D打印设备还包括环境控制系统，所述环境控制系统控制3D打印设备打印过程中的环境条件。

(5)在前述技术方案(1)至(4)中任一项的基础上，当所述基底沉积系统采用熔融沉积技术时，所述基底沉积系统的挤出针头选用带有加热部件的挤出针头；当所述基底沉积系统采用光固化沉积技术时，所述基底沉积系统的挤出针头选用配套特定波长段光照系统的挤出针头。