[发明专利]一种光驱动聚合物薄层自变形生成空间三维结构的方法

说明书

本发明涉及一种光驱动聚合物薄层自变形生成空间三维结构的方法，属于基于光敏树脂的快速成型技术领域。该方法包括如下步骤：步骤一、配置用于紫外光固化的光敏树脂；步骤二、将所述光敏树脂放置在两片底板之间的间隙中，选择数字紫外光投影设备作为紫外光源；步骤三、将待成形的三维结构展开为二维平面图，根据三维结构不同位置处的曲率变化在其二维平面图上填充灰度值从而获得光掩码图案；步骤四、将所述光掩码图案传输给数字紫外光投影设备来固化步骤二中的光敏树脂；步骤五、去除未固化的光敏树脂，将生成的聚合物薄层放置在平板上使其自由变形。本发明不但成本较低、工艺控制方便，而且变形的一致性较好。

技术领域

本发明涉及一种光驱动聚合物薄层自变形生成空间三维结构的方法，属于基于光敏树脂的快速成型技术领域。

背景技术

由平面薄片直接变形获得3D形状的曲面产品已经成为一种极具前景的制造方法，其为生物技术、驱动器、传感器和工程中复杂超材料的制造提供了新的手段。

但由平面到曲面的形状变形需要基于特定的驱动条件，目前常用的方法有两种：

1）一种方法是从功能材料的刺激响应特性出发，研究利用水凝胶、形状记忆高分子、记忆合金等功能材料在受到外界刺激（如pH、温度、光照等）后发生形状变形的特点，通过改变外界环境驱动平面结构沿着特定方向产生伸缩、折叠或者扭转；但这类刺激响应变形方法使用的材料成本较高，制造过程相对复杂，而且变形程度的一致性较差。

2）另外一种方法是利用毛细力、剥离力、残余应力、预拉伸力等使二维平面产生后屈曲变形从而实现平面到曲面的形状变形。这类基于物理准则的变形不需要外界环境刺激和复杂的材料合成过程，因此可以更高效地驱动形状变形，但是这类变形方法也存在结构设计复杂，变形程度难以精确控制等缺点。

综上可知，目前各类研究平面变形生成三维结构的方法中仍存在诸如加工材料昂贵、工艺控制繁琐和难以独立操作的缺陷。

发明内容

本发明要解决技术问题是：提供一种成本较低、工艺控制方便、变形一致性好的平面薄片生成空间三维结构的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种光驱动聚合物薄层自变形生成空间三维结构的方法，包括如下步骤：

步骤一、配置用于紫外光固化的光敏树脂，所述树脂采用丙烯酸酯基体低聚物树脂，所述丙烯酸酯基体低聚物树脂中均匀混合有重量比为0.05-0.1%的光吸收剂；

步骤二、将相对设置的两片透明底板通过垫片支撑从而使两片底板之间预留有一定间隙，两片底板的相对侧均涂覆有隔离薄膜，然后将所述光敏树脂放置在两片底板之间的间隙中；将数字紫外光投影设备置于底板正上方和/或正下方作为紫外光源；

步骤三、将待成形的三维结构展开为二维平面图，根据三维结构不同位置处的曲率变化在其二维平面图上填充灰度值从而获得光掩码图案，三维结构的弯曲曲率与光掩图案的灰度值之间的比值为预设值，所述光掩码图案的灰度值介于100-255之间；

步骤四、根据预设的曝光时间，将所述光掩码图案传输给数字紫外光投影设备来固化步骤二中的光敏树脂，从而得到平面聚合物薄层；其中，所述数字紫外光投影设备投射出的紫外光强度正比于光掩码图案的灰度值；

步骤五、去除未固化的光敏树脂，将生成的聚合物薄层放置在平板上使其自由变形，待其稳定后即得到所需的三维结构。