[发明专利]基于三维激光直写的4D微纳打印方法

说明书

本发明公开了一种基于三维激光直写的4D微纳打印方法，包括步骤：准备进行4D微纳打印的基底；将4D可打印材料前驱体滴在基底上；控制激光照射所述前驱体，使前驱体实现三维结构的差异化变形，形成设定形状的样品；将样品显影。本发明的打印方法利用三维激光直写技术实现了三维柔性可控变形微结构的制备。

技术领域

本发明涉及4D打印领域，进一步涉及一种基于三维激光直写的4D微纳打印方法。

背景技术

近二十年来，随着物理、化学、材料、机械、电子等诸多基础学科的发展，人们对于微纳米尺度世界的认识和探索获得了前所未有的突破。制造分辨率已经可以达到几个纳米甚至更小，然而制备结构复杂的微纳功能器件，目前的方法主要有二维光刻技术。得益于材料制造工艺、观测技术和分析手段的革新，以三维激光直写技术为代表的先进微纳制造技术正快速兴起，成为当下先进制造领域的新热点。未来随着制备技术的进一步发展，4D微纳打印技术利用智能材料可在微小尺度下打印柔性主动变形结构，将会引领下一代制造技术向着更小(Smaller)、更柔软(Softer)、更安全(Safer)、更智能(Smarter)，且功能上更强大(Stronger)等方向发展，并在超材料设计、绿色制造及特种医疗领域具有广阔的应用前景。现阶段技术还无法在微尺度下实现主动、快速、可往复运动、可预测的结构变形切换，更无法具有大变形性、高可控性和设计灵活性等变形需求。

目前还没有针对基于三维激光直写的4D微纳打印的相关报道，现有实现柔性可控变形的功能器件打印技术的缺陷如下：

1.目前报道的打印结构大多为二维平面结构，触发变形后只能在平面或面外三维运动。一部分实现三维立体结构必须要多材料和多工艺步骤配合实现，无法实现单材料在单一制备过程中打印三维立体微纳米结构，同时变形过程是从三维到三维的变化。

2.目前的打印模式大多需要支撑材料，且通过层叠(Layer-by-layer)的方式实现三维结构，无法消除异质结构打印过程中的残余应力，更无法实现在任意三维空间轨迹上的直写成型。

3.触发后的结构变形能力差、不可重复变形、变形可控性差、响应时间过长，且变形自由度单一，更无法实现对材料及结构的精准预测和可编程设计优化。

4.某些材料如形状记忆高聚物，本身材质坚硬，且可变形状态需要外力与温度共同作用才能实现。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于三维激光直写的4D微纳打印方法，以解决以上所述的至少部分技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一方面，提供一种基于三维激光直写的4D微纳打印方法，包括步骤：

准备进行4D微纳打印的基底；

将4D可打印材料前驱体滴在基底上；

控制激光照射所述前驱体，使前驱体实现三维结构的差异化变形，形成设定形状的样品；

将样品显影。

在进一步的方案中，准备进行4D微纳打印的基底包括：清洗玻璃基底；烘烤去除基底水汽；对基底进行等离子体表面修饰。

在进一步的方案中，控制激光照射所述前驱体包括：构建三维模型；依照三维模型控制激光对前驱体进行扫描，扫描时对激光功率以及扫描速度进行调节。

在进一步的方案中，所述扫描方式为逐层激光扫描、三维激光直写、以及三维激光直写与逐层激光扫描混合。

在进一步的方案中，构建三维模型包括：构建铰链变形单元，并按设计需求将铰链变形单元组装在一起，形成可控变形的大尺度的可重构结构。