[发明专利]一种提高负载变形性能的4D打印结构及其设计方法

权利要求书

1.一种提高负载变形性能的4D打印结构，其特征在于：至少具有两组可变形结构进行并联，所述可变形结构在不同温度状态下具有相同的末端变形情况；

所述可变形结构包括纯树脂层(7)和树脂基纤维复合材料层(8)两层；

所述可变形结构包括变形结构Ⅰ(1)和变形结构Ⅱ(2)，交替激活变形结构Ⅰ(1)与变形结构Ⅱ(2)内部的纤维驱动回路；

可变形结构采用双变形梁并联交替驱动结构，双变形梁并联交替驱动结构包括变形梁Ⅰ和变形梁Ⅱ和连接结构(12)；

所述双变形梁并联交替驱动结构，包括初始态(9-1)和变形态(9-2)，在初始态(9-1)时变形梁Ⅰ处于低温状态(10-2)，变形梁Ⅱ处于高温状态(11-1)，在变形态(9-2)时，变形梁Ⅰ处于高温状态(10-1)，变形梁Ⅱ处于低温状态(11-2)。

2.根据权利要求1所述的提高负载变形性能的4D打印结构，其特征在于：所述树脂基纤维复合材料层(8)包括热塑性树脂(5)和位于热塑性树脂(5)内部的内部纤维(6)。

3.采用权利要求2所述的提高负载变形性能的4D打印结构的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、明确可变形结构进行并联后的基本构型和能实现的变形趋势，设计出可变形结构进行并联后的大体形状与纤维排布范围获得整体结构；

步骤二、对整体结构中的各组变形结构进行分别设计，结合预编程模型，对各组变形结构交替驱动状态下的末端变形情况进行设计与分析，拟合末端的变形轨迹；

步骤三、对各组变形结构的驱动时序进行优化，调整驱动的控制参数，实现各变形结构在同一时间点具备近似的末端空间位置；

步骤四、利用仿真手段对各组变形结构性能进行验证，再经过反复迭代。

4.根据权利要求3所述的提高负载变形性能的4D打印结构的设计方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的提高负载变形性能的4D打印结构的设计方法，其特征在于：变形结构Ⅰ(1)和变形结构Ⅱ(2)的不同温度状态包括高温状态和低温状态。

6.根据权利要求5所述的提高负载变形性能的4D打印结构的设计方法，其特征在于：所述变形梁Ⅰ包括高温状态(10-1)和低温状态(10-2)，变形梁Ⅱ包括高温状态(11-1)和低温状态(11-2)，分别设计变形梁Ⅰ的高温状态(10-1)、变形梁Ⅰ的低温状态(10-2)、变形梁Ⅱ的高温状态(11-1)和变形梁Ⅱ的低温状态(11-2)情况下连接两组梁结构的支撑与打印路径，以确保变形梁Ⅰ、变形梁Ⅱ与连接结构(12)能够依照一定顺序成型。

7.根据权利要求6所述的提高负载变形性能的4D打印结构的设计方法，其特征在于：所述变形梁Ⅰ的高温状态(10-1)或变形梁Ⅱ的高温状态(11-1)仅有非变形部分固定在基板上，对其内部纤维通电加热，冷却后应力释放为变形梁Ⅰ低温状态(10-2)或变形梁Ⅱ低温状态(11-2)。