[发明专利]一种片状柔性SMA复合驱动器及其成型工艺

说明书

本发明公开了一种片状柔性SMA复合驱动器及其成型工艺，属于SMA技术领域。本发明的电热片状柔性SMA复合驱动器厚度可控，尺寸较小，具有柔性。当对片状柔性SMA复合驱动器进行通电时，碳纤维发热均匀稳定，传热效果好，可以实现薄片状SMA结构的稳定、快速致热，并且形状记忆合金的变形对碳纤维复合层的加热与复合效果无影响。本发明中的碳纤维产热率高，且单根尺寸小，可用于精密部件加热，为一些无法直接加热的结构提供解决方案。本发明较好地解决了如何实现二维SMA结构快速电致热这一问题。

技术领域

本发明属于SMA领域，尤其是一种片状柔性SMA复合驱动器及其成型工艺。

背景技术

形状记忆合金(shape memory alloy，SMA)是一种具有形状记忆效应的智能材料，在软体驱动、临床医疗、航空航天等领域具有很大的应用潜力。形状记忆合金以温度驱动材料金相组织微观相变(马氏体和奥氏体相互转化)，故在使用中需对其进行温度控制，而采用电热激励是工程实际中最为便捷的手段。因此，当前的由SMA制成的驱动器，几乎都采用丝状或弹簧状(由丝绕制而成)结构型式，一方面是因为一维丝状结构在传统工艺下制造更为方便，更重要的是，丝材的结构特征决定了其具有较大的电阻值，有利于输入电能直接转化为焦耳热来驱动结构变形。但是丝状以及弹簧状的SMA驱动器结构变形形式单一、输出力相对较小，且只能作为变形功能结构的驱动元件，限制了SMA在柔性和智能结构中的进一步应用。

二维或带有二维特征的SMA结构在一定条件下可以产生更为丰富的变形和更大的输出力，在柔性、智能机器人中具有很大的应用潜力。直接将其作为功能变形结构，不但有利于驱动结构的集约化，而且有利于设计者更好地在结构的刚度和柔性之间进行协调和匹配。随着金属3D/4D打印技术的发展，使得此类结构在加工制作方面已不存在问题，但制约其在实际中应用的一个重要障碍在于，二维的SMA的有效电阻值通常远小于丝状结构(线状横截面的面积远大于点状横截面)，故采用直接通电的方案无法有效、安全地产生材料相变所需的焦耳热。针对这一问题，已有相关研究，如She et al将带有绝缘层的Ni-Cr电阻丝致密缠绕包裹于SMA板的表面，其基本原理是电阻丝产生的焦耳热过绝缘表皮传导至SMA结构，而不是直接对结构通电。但手工缠绕导线的过程不规范、不可控，缠绕包裹的导线不但额外增大了结构的体积，而且不利于结构的散热。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种片状柔性SMA复合驱动器及其成型工艺。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种片状柔性SMA复合驱动器，包括硅胶封装层、铜箔、碳纤维、导电银胶、硅胶传热层和SMA致动层；

碳纤维的两端通过导电银胶分别固定到两个铜箔上，若干个碳纤维在铜箔上间隔预设距离设置，铜箔外接有用于通电加热导线；铜箔、碳纤维和导电银胶构成致热层；

致热层固定在硅胶传热层上，致热层的另一侧设有硅胶封装层，硅胶传热层的另一侧设有SMA致动层；

当外接电源时，致热层上的碳纤维产生焦耳热，通过硅胶传热层将热量传递给SMA致动层，SMA致动层受热产生变形。

进一步的，硅胶传热层与SMA致动层之间设有导热粘结剂。

进一步的，硅胶封装层通过流延法封装在致热层上。

进一步的，碳纤维为直径为1mm的1K碳纤维。

进一步的，SMA致动层为激光选区熔融的3D打印工艺打印SMA片。

一种片状柔性SMA复合驱动器的成型工艺：

利用流延机流延硅胶传热层；

将铜箔固定到硅胶传热层上；