[发明专利]一种3D打印磁响应墨水及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种3D打印磁响应墨水及其制备方法和应用，属于3D打印墨水材料技术领域。本发明所述3D打印磁响应墨水，包含如下重量份的组分：硅橡胶1份、磁性颗粒0.5～6.5份和溶剂0.01～0.3份；所述硅橡胶的粘度范围为1×10²Pa·s～2×10⁴Pa·s。本发明所述的3D打印磁响应墨水具有明显剪切变稀行为，具有较好的流变性、触变性和打印精度。本发明所述3D打印磁响应墨水经打印固化后，所得成型件具有优异的力学性能和磁响应特性。

技术领域

本发明属于3D打印墨水材料技术领域，具体涉及一种3D打印磁响应墨水及其制备方法和应用。

背景技术

磁响应柔性复合材料是一种新兴的智能材料，因其结合了磁性材料的磁响应性能和柔性基底的良好机械柔韧性，因此其可以在远程磁场下以多自由度进行可精准形状编程，从而实现快速、可逆、无束缚致动。在设计高功率密度致动器方面，磁响应柔性材料展现出卓越性能。此外，磁响应速度快，可以穿透多种常见材料，如空气、水或人体，实现无障碍致动。因此，磁性复合材料可以在狭小和有限的空间内进行响应致动，在药物输送和微创手术领域显示出独特的应用潜力。这些优异的性能和独特的应用潜力为柔性机器人和生物医学领域开辟了新的方向。

3D打印技术是一种自下而上逐层堆积的制造方法，通过离散-堆积过程，使材料逐点逐层累积叠加形成三维实体结构。其中，墨水直写(DIW)因其精度范围广、材料扩展性强等特点而广泛的应用于智能材料的3D打印。相较于传统模制法等方法，DIW 3D打印技术能够实现磁响应墨水各组分在三维空间中的均匀分布，并且可通过数字化分配、层层堆叠的方式实现精细复杂三维宏观结构的构建，有望解决磁响应墨水的各组分不均匀分布的问题，同时实现复杂三维柔性结构的构建。

要实现利用DIW 3D打印技术来制备磁响应复合材料，3D打印磁响应墨水必须要具有足够高的初始黏度并具备剪切稀化特性，即在受到剪切作用时，其粘度能够明显的降低从而顺利的挤出针头，而当剪切力去除之后黏度迅速恢复初始高值而保持三维形状；另外，磁响应墨水在固化后需要优异的力学性能，以满足磁响应复合材料在使用过程中快速、周期性致动。最后，磁响应墨水的必要条件是具有快速磁响应性能的磁性颗粒。在柔性橡胶基底中，引入磁性颗粒并均匀分布构建磁响应复合材料。磁响应复合材料能够在外部施加磁场下实现电磁能向弹性能、动能和热能，从而使得磁响应机器人实现形状变换、动态运动、运输物体、散发热量和信号传感等功能。因此，开发符合要求的3D打印磁响应墨水对制备磁响应复合材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种3D打印磁响应墨水及其制备方法和应用。本发明提供的3D打印磁响应墨水具有明显剪切变稀行为，具有较好的流变性、触变性和打印精度。该3D打印磁响应墨水经打印固化后，所得成型件具有优异的柔韧性能和力学性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种3D打印磁响应墨水，包含如下重量份的组分：硅橡胶1份、磁性颗粒0.5～6.5份和溶剂0.01～0.3份；所述硅橡胶的粘度范围为1×10²Pa·s～2×10⁴Pa·s。

优选地，所述磁性颗粒的粒径范围为3～7μm。

本发明所述3D打印磁响应墨水，当所述硅橡胶的粘度处于100Pa·s～20000Pa·s时，能够提供3D打印墨水较高的初始黏度，有利于保持高精度的3D打印结构设计，并且在此状态下磁性颗粒与硅橡胶基体具有较好的相容性。当使用的硅橡胶的粘度过小时，打印到基板的线条会坍塌，难以逐层堆积叠加形成三维实体结构；粘度过大时，与磁性颗粒混合后磁响应墨水会趋向于更大的粘度，打印过程中需要更大的分配气压，甚至会堵塞喷嘴。