[发明专利]基于声表面波的形状记忆复合构件可控变形三维打印方法

说明书

本发明公开了一种基于声表面波的形状记忆复合构件可控变形三维打印方法。两对声表面波换能器在打印液槽周围正交排列，形状记忆光敏材料和银纳米颗粒混合成的光敏预聚物装在处于换能器工作区域内的打印液槽中，紫外光投影系统位于换能器下方，将调制有图案的紫外光投影在光敏预聚物下表面，打印平台安装于电动z轴平移台上；声表面波换能器激发出超声能场，光敏预聚物中的银纳米颗粒在声场力的作用下呈线性排布，有图案的紫外光照射在光敏预聚物表面，选择性区域固化得到具有复杂纳米银线图案的单层结构，通过z轴平台的抬升实现多层打印。本发明能实现可精确控制局部变形的形状记忆复合构件的制造。

技术领域

本发明涉及快速成形技术的一种可控变形三维打印方法和装置，尤其涉及一种基于声表面波的可控变形区域形状记忆复合构件三维打印方法及装置。

背景技术

以智能材料为对象的三维打印技术正在作为下一代增材制造技术出现，该技术将形状转换纳入了结构设计中，可以在外部刺激下对打印物体进行形式或功能上的重新编程。该技术制造的智能复合构件能够响应光、热等外界刺激，自动发生形状及结构变化，实现自组装、自折叠的功能。

广泛采用的智能复合材料构件制造方法为多层材料粘合技术及三维打印技术等。多层材料粘合技术通过将在外界刺激下产生不同响应的几种材料层粘合在一起，使构件在外界刺激作用下整体结构产生预期的变化。但该方法需要手工粘合材料层，工艺复杂，且产生的结构变形较难控制，应用范围窄。三维打印技术制造的智能材料构件能够实现一体化成型，但由于采用单一材料打印整体结构，在受到外界刺激时构件会发生整体变形，难以实现对结构变化的准确编程。

综上所述，现有技术中缺少一种工艺简单快速、变形响应区域精确可控的形状记忆智能复合材料构件的制造方法。

发明内容

为解决常规智能复合材料制造方法和设备存在的问题，利用超声能场中微粒在声场力作用下呈线性排列的物理规律，结合光固化三维打印技术，本发明提出了一种基于声表面波辅助的可控变形区域形状记忆复合结构的三维打印制造方法，可精确控制三维打印形状和变形区域。

本发明利用两对声表面波换能器激发的超声能场，使光敏预聚物中的银纳米颗粒呈线性排列，利用紫外光投影仪出射的调制有图案的紫外光照射在光敏预聚物上使其选择性固化，得到具有复杂银纳米导线图案的形状记忆复合构件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种基于声表面波的形状记忆复合构件可控变形三维打印方法，包括以下各步骤：

1)在打印液槽周围布置两对声表面波换能器，两对声表面波换能器在正方形的打印液槽周围呈相互垂直正交布置，使打印液槽作为声表面波换能器的工作区域，形成超声能场；

2)将带有银纳米颗粒的光敏预聚物搅拌均匀后加入打印液槽，位于工作区域上方的电动z轴平移台下降，电动z轴平移台上固定安装打印平台，打印平台用于粘附已成形的三维结构，使打印平台与打印液槽底面之间形成单层液膜的间隙；

通过声表面波换能器工作产生超声能场，超声能场驱动液态光敏预聚物中的银纳米颗粒形成银纳米线分布；

打印平台实际为一块前端有正方体形状打印头的平板，正方体打印头底面作为打印底面，倒置进行三维打印。

3)紫外光投影系统出射调制有图案的紫外光照射到打印液槽的工作区域，具体照射在银纳米颗粒稳定分布的光敏预聚物下表面，根据图案选择部分有银纳米线的区域让紫外光透过固化光敏预聚物，即能透过图案的紫外光照射并使得光敏预聚物固化，银纳米颗粒形成的银纳米线被固化后的光敏预聚物封装；

4)关闭声表面波换能器，电动z轴平移台带动打印平台抬升而离开液态的光敏预聚物表面，搅拌打印液槽中液态的光敏预聚物使其中的银纳米颗粒分散均匀，使得银纳米线恢复为分散的银纳米颗粒；