[发明专利]一种微尺度磁性作动器的4D打印系统与方法

权利要求书

1.一种微尺度磁性作动器的4D打印系统，其特征在于：包括计算机控制终端、微液滴打印装置和三维操作平台；

微液滴打印装置包括微液滴生成模块和磁控模块；三维操作平台设置在微液滴生成模块的正下方；计算机控制终端按照预设打印模型控制磁控模块改变微液滴生成模块中的打印材料的磁极和磁矩，并控制微液滴生成模块打印微液滴在三维操作平台的透明基板上，经过层层打印，最终透明基板上的微液滴经过融合形成磁性作动器。

2.如权利要求1所述的4D打印系统，其特征在于，微液滴生成模块包括气泵、注射料筒、加热套、送料控制器、可更换的打印针头；磁控模块包括电磁线圈以及磁屏蔽板；

气泵和2个注射料筒连接，加热套包裹在注射料筒的外部，注射料筒末端连接可更换的打印针头，送料控制器和注射料筒连接，电磁线圈设置在打印针头周围，电磁线圈底部设置磁屏蔽板屏蔽；加热套、送料控制器、电磁线圈均还和计算机控制终端连接。

3.如权利要求1所述的4D打印系统，其特征在于，三维操作平台包括：透明基板、XYZ移动平台、光屏蔽罩、倒置显微镜和防震支撑台；透明基板、XYZ移动平台、倒置显微镜和防震支撑台均设置在光屏蔽罩内；倒置显微镜上设置蓝光LED；

XYZ移动平台和倒置显微镜均设置防震支撑台上，透明基板设置在XYZ移动平台上作为打印区域，倒置显微镜位于透明基板的下方，XYZ移动平台、倒置显微镜均和计算机控制终端连接。

4.如权利要求2所述的4D打印系统，其特征在于，气泵气压范围为-800mbar～1000mbar，并气泵通过三通透明软管分别与2个注射料筒相连接。

5.如权利要求2所述的4D打印系统，其特征在于，2个注射料筒设置送料控制器两侧，其中一个注射料筒用于装载磁性作动器打印材料，另一个注射料筒用于装载打印支撑材料。

6.如权利要求3所述的4D打印系统，其特征在于，所述透明基板通过真空吸盘固定在XYZ移动平台上，透明基板为玻璃基板，玻璃基板上旋涂透明薄膜材料，薄膜材料上面涂覆玻璃粉末，薄膜材料为聚酰亚胺、TiO₂、SiO₂、SiO和ZrO₂中的至少一种，粉末厚度为5～15um。

7.一种微尺度磁性作动器的4D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，制备打印材料和支撑材料；

S2，对制备好的打印材料和支撑材料在脉冲场中磁化至饱和，将磁化后的打印材料和支撑材料分别装入清洗后的注射料筒中，安装对应型号的打印针头，设定料筒工作温度。

S3，将制备好的透明基板固定XYZ移动平台，待工作温度稳定后，计算机控制终端按照预设打印模控制气泵、电磁线圈、XYZ移动平台，在透明基板上进行逐层打印，得到磁性作动器模型；

S4，将磁性作动器模型进行光热固化，固化后进行模型剥离和释放。

8.如权利要求7所述的4D打印方法，其特征在于，制备打印材料包括：

将体积分数为55-65％的光敏树脂，10％直径为20-30nm的气相二氧化硅颗粒、5％的交联剂和催化剂放置在高速混合机中，按转速1500r.p.m混合2分钟，混合均匀；

在高速混合机中的均匀混合液中加入体积分数20-30％、直径为5μm的未磁化的铷铁硼颗粒，在高速混合机以2000r.p.m转速混合3分钟；将高速混合机中的均匀混合液取出置入去泡机中，按2200r.p.m速度去泡1分钟，去除均匀混合液中多余的气泡，完成打印材料的制备；

制备支撑材料包括：将含铂的硅树脂固化催化剂和直径为20-30nm的气相二氧化硅颗粒按5:1的质量比均匀混合。

9.如权利要求7所述的4D打印方法，其特征在于，清洗注射料筒包括：将待使用的注射料筒和打印针头在异丙醇的环境中置入超声清洗机中，按800W的功率清洗5分钟，并用氮气吹干；

制备透明基板包括：在清洗干净后的透明基板上旋涂透明薄膜材料，将平均直径为5～10μm微细玻璃粉末旋涂在透明薄膜材料上。

10.如权利要求7所述的4D打印方法，其特征在于，步骤S4包括：对打印完成的磁性作动器模型在黄光室中100℃热板上预烘5分钟，随后在紫外线功率为125W的高压汞灯下距离10cm固化20min完成固化操作；将磁性作动器模型置入轨道振动器中去除支撑材料进行模型剥离和释放。