[发明专利]仿龙虾眼聚焦脉冲强光原位成型4D打印装置及方法

说明书

本发明公开了仿龙虾眼聚焦脉冲强光原位成型4D打印装置及方法，该装置包括底板；底板上表面滑动安装有成型基板；底板上安装有支架；底板上设有呈X方向运动的X轴运动结构；支架两侧安装有呈Y方向运动的Y轴运动结构及呈Z方向运动的Z轴运动结构；异质形状记忆材料浆料沉积机构和仿龙虾眼聚焦原位脉冲强光烧结机构分别与Y轴运动结构活动连接形成Y方向运动；在成型过程中对形状记忆材料浆料进行原位烧结固化，无需将浆料沉积成型样件进行烧结固化处理，简化4D打印成型工艺；通过调控聚焦脉冲强光的输入能量密度，实现同种材料4D打印样件的梯度形状记忆性能变化及异种形状记忆材料界面间结合，实现材料与形状记忆性能空间可调的4D打印原位成型。

技术领域

本发明涉及4D打印技术领域，特别涉及一种仿生聚焦脉冲强光原位成型4D打印装置及方法，用于形状记忆材料浆料原位成型4D打印，成型过程输入脉冲强光的能量密度与成型材料种类可调，可实现成型材料与形状记忆性能可调的功能梯度零件4D打印成型。

背景技术

4D打印技术是指由增材制造技术成型的结构能够在外界激励下发生形状或者结构改变，直接将材料与结构的变形设计内置到物料当中，简化从设计理念到实物的造物过程，现有的4D打印装置主要有光固化式、熔融沉积式、间接增材制造式和选区激光熔化式等。

光固化式4D打印装置，采用紫外光对液晶弹性体、水凝胶等形状记忆材料进行选区固化，逐层累加，形成具有形状记忆性能的高分子材料零件，但其只能成型对紫外光敏感的单一高分子形状记忆材料；

熔融沉积式4D打印装置，将形状记忆聚合物加热熔化，然后选区沉积在成型基板上，但其成型后，零件的层间结合强度较差，表面粗糙度较高，难以用于成型异质形状记忆材料；

间接增材制造式4D打印装置，将形状记忆材料粉末配制成浆料，然后按照三维建模形状成型出样件的绿体(坯体)，将绿体进行脱脂烧结，最终成型出强化的样件三维实体，但其成型后样件的尺寸精度较差，难以控制成型后样件内部的显微组织与应力分布；

选区激光熔化式4D打印装置，采用高能激光束将镍钛合金等形状记忆金属粉末材料选区熔化成型，但其只能成型单一金属材料零件，无法对成型零件内部的材料分布进行编程；

综上所述，现有的4D打印装置，存在成型零件尺寸精度与表面质量较差，大多只能采用单一材料累加成型，无法实现成型材料与形状记忆性能空间可调的功能梯度零件4D打印成型的问题；本发明正是针对目前4D打印装置的现状，研制了仿龙虾眼聚焦脉冲强光原位成型4D打印装置，采用仿龙虾眼系统调控输出聚焦脉冲强光的能量密度与作用频率，对选区沉积的形状记忆聚合物、合金等粉末浆料进行原位脱脂、烧结成型，实现成型精度高，样件内部异质材料分布、显微组织、形状记忆特性空间分布可调的4D打印成型从而解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无极变输入能量密度原位成型4D打印装置及方法，将仿龙虾眼结构聚焦脉冲强光系统与间接4D打印技术相结合，实现样件内部材料分布、形状记忆特性空间可调的4D打印，解决现有4D打印装置成型材料种类单一，成型零件尺寸精度差，无法实现异质形状记忆材料接合，空间形状记忆特性不可调的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的仿龙虾眼聚焦脉冲强光原位成型4D打印装置，包括：

底板；

所述底板上表面滑动安装有成型基板；

所述底板上固定安装有支架；其中

所述底板上设有呈X方向运动的X轴运动结构；

所述支架两侧安装有呈Y方向运动的Y轴运动结构及呈Z方向运动的Z轴运动结构；

所述X轴运动结构、Y轴运动结构、Z轴运动结构形成运动机构；以及

异质形状记忆材料浆料沉积机构；