[发明专利]一种利用水溶性模板制备复杂软体结构的方法

说明书

本发明属于软体材料制备技术领域，公开了一种利用水溶性模板制备复杂软体结构的方法。本发明首先根据软体结构外部轮廓和内部轮廓分别设计外腔模具和内腔模板，利用3D打印技术分别制备非水溶性硬质外腔模具和水溶性内腔模板；然后将内腔模板和外腔模具组装后注入软体材料，抽取真空后进行固化；最后利用水浴和水泵清洗去除可溶性内腔模板，得到复杂软体结构。本发明的制备方法无需上下分模和胶水粘接，解决了由于粘接面造成的软体结构力学性能不稳定、耐久性差的问题，也无需高温和严苛的加工条件，在60～80℃即可固化成型，且使用的可溶性内腔模板为水溶性无污染材质，通过水浴溶解即可去除模板，是一种绿色环保的加工方法。

技术领域

本发明涉及软体材料制备技术领域，尤其涉及一种利用水溶性模板制备复杂软体结构的方法。

背景技术

软体材料往往具有吸附能力强，热稳定性好，化学性质稳定的优点，可以在多种工况下工作，它具有受拉，受压，抗扭转，抗剪切的力学特性。随着科技的发展，更衍生出了许多生物相容性材料，多应用于穿戴设备，医疗设备中。软体材料因为其较好的材料特性和适应性，已广泛运用于现实社会中。软体结构利用了软体材料可变形的特性，解放了传统结构设计自由度的约束，广泛涉及于各类行业应用中。然而，由于缺乏可重复的制造方法和在制造设计上的巨大差异，软体结构的主流应用受到了限制。目前软体结构的一些局限性包括难以设计复杂结构和再现内腔几何结构，以及复杂结构制造带来的力学性能不稳定的问题。

传统模式的消失模制造又可称之为失蜡法，是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型组，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，再以高温使模型气化得到最终产品。然而，常见的软体材料无法耐受200℃以上高温，传统消失模铸造方法不适用于软体结构的制备。现阶段，针对软体结构的制造主要是通过模具分层浇注和软材料3D打印的方式，对于复杂结构，分层浇注往往需要将模型分开制造再结合，导致上下分层，结合处的新材料往往和软体材料不匹配，由于不是一体成型，在结合处必然存在力学性能不稳定的缺陷，不能适应更为苛刻的工况。软材料3D打印技术目前还处于发展阶段，材料性能目前在原理上与浇注材料存在差距，导致软体结构在韧性和弹性模量上无法满足需求。

因此，如何提供一种复杂软体结构一体成形的方法对于软体材料的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用水溶性模板制备复杂软体结构的方法，解决现有技术的成形方法存在加工条件苛刻、需要高温，且制得的复杂软体结构力学性能不稳定的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种利用水溶性模板制备复杂软体结构的方法，包括以下步骤：

(1)根据软体结构的外部轮廓和内部轮廓分别设计外腔模具和内腔模板，并制备外腔模具和内腔模板；

(2)将内腔模板和外腔模具组装，得到组合模具；

(3)将软体材料注入组合模具后抽取真空，再进行固化；

(4)将组合模具中包裹有内腔模板的软体材料依次利用水浴和水泵清洗，去除内腔模板，得到复杂软体结构；

其中，所述步骤(1)中外腔模具的材质为非水溶性，内腔模板的材质为水溶性。

优选的，在上述一种利用水溶性模板制备复杂软体结构的方法中，所述步骤(1)中外腔模具的制备方法为选择性激光烧结或光固化成型。

优选的，在上述一种利用水溶性模板制备复杂软体结构的方法中，所述步骤(1)中内腔模板的制备方法为熔融沉积成型。

优选的，在上述一种利用水溶性模板制备复杂软体结构的方法中，所述熔融沉积成型的填充度为14～17％，填充形状为螺旋二十四面体。