[发明专利]一种控制剪切流诱导取向4D打印装置及其方法

说明书

本发明公开了一种控制剪切流诱导取向4D打印装置及其方法，属于4D打印领域；包括：上位机、电机控制模块、打印模块、剪切控制模块、投影模块、温度控制模块；本发明运用剪切流诱导取向技术，对单层层厚间隙中的液态打印材料施加横向剪切力，诱导各向异性材料单体进行有序排列；通过编程规划不同层和层内不同区域材料单体的排列方向，实现对打印产品中不同空间位置单体的取向控制，制备出符合功能性结构设计的零件；采用DLP投影仪面曝光固化打印技术，能在短时间内实现单层结构的固化成型，实现对层厚间隙中整层的各向异性打印材料进行剪切流诱导取向并快速进行固化，避免局部区域取向不均匀的问题，减小精密元件批量制作时各元件间的误差。

技术领域

本发明涉及4D打印领域，特别涉及一种控制剪切流诱导取向4D打印装置及其方法。

背景技术

3D打印作为一种快速成型的增材制造技术，能够迅速地制造出具有复杂结构的物体，现已被广泛应用于从生物医学到空间科学等各个领域。而4D打印是3D打印结构在形状、性能和功能方面的有针对性的演变，使用各向异性材料作为打印原材料可制备出能对外界刺激做出响应的功能性结构，这些功能性结构可作为智能元件应用于软执行器、电子装置和生物医学植入物等多个领域。

控制剪切流可实现对各向异性材料的诱导取向，在各向异性聚合物制造中，最常用的是直接墨水书写(DIW)方法，通过从针尖挤出的形式实现对各向异性材料的诱导取向，但DIW方法因其整体打印时间长、分辨率低的缺点，极大程度地限制了各向异性功能材料作为高精度和大批量制作的智能元件应用于各领域中。因此申请人提出一种控制剪切流诱导取向4D打印装置及其方法。

发明内容

(一)技术方案

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种控制剪切流诱导取向4D打印装置及其方法能够实现高精度、短耗时、可批量制作的4D打印。

为了实现上述的技术目的，根据本发明的一个方面，提供一种控制剪切流诱导取向4D打印装置包括：

包括：

上位机

与上位机电性相连的电机控制模块：包括电机控制器和伺服电机，用于控制Z轴打印方向的移动；

与电机控制模块相连接的打印模块：包括XY轴线性平移台、角度位移台、打印平台以及料槽，用于承载4D打印件；

与打印模块相连接的剪切控制模块：包括XY轴滑台气缸，用于控制打印过程中形成的剪切流；

与上位机电性相连的投影模块：包括DLP投影仪、光学透镜组件和反射镜；用于使单体间实现交联固化，实现统一取向的状态持久化；

与打印模块相连接的温度控制模块：包括发热组件和数字温度控制器；用于产生热量加热打印材料，使其维持质地均匀的液体态，以及达到各向异性打印材料受紫外线照射后交联固化反应所需的反应温度。

作为上述方案的进一步说明，进一步的，所述电机控制器与所述上位机连接，用于接收并处理来自上位机的控制指令；

所述电机控制器与所述伺服电机电性相连，用于实时地向伺服电机传输控制信号并提供驱动电压；

所述伺服电机通过L型连接件与打印模块进行连接。

作为上述方案的进一步说明，进一步的，所述XY轴线性平移台通过L型连接件与所述伺服电机相连，其底部连接有角度位移台，用于调节打印平台的水平位置；

所述角度位移台底部与所述打印平台相连，调整打印平台的俯仰角度；

所述打印平台为打印成型的结构提供附着面；

所述料槽包括料槽架和底部的离型膜组成，料槽架与离型膜共同构成一个半封闭桶式容器，用于装载打印材料；