[發明專利]一種用于超材料制備的3D打印設備

有效

• 申請號: 201610605493.0
• 申請日: 2016-07-27
• 公開（公告）號: CN107662333B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 郭靖;趙寧;徐堅
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B22F3/00;B33Y30/00;B29K55/02
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;張祖萍

本發明涉及一種用于超材料制備的3D打印設備，該3D打印設備包括基底沉積系統、回路沉積系統和中樞控制系統；其中，所述中樞控制系統控制所述基底沉積系統和所述回路沉積系統；所述基底沉積系統在所述中樞控制系統控制下構筑超材料周期結構的基底，該基底為導電回路結構提供附著位點；所述回路沉積系統在所述中樞控制系統控制下在所述基底沉積系統構筑的基底上通過噴墨槍頭沉積導電物質形成電磁波響應性結構。該3D打印設備通過使用基底沉積系統和回路沉積系統，能夠實現基底材料和導電材料的同時打印，從而構造具有周期性結構或類周期性結構的超材料。

技術領域

本發明涉及一種超材料制備技術，具體涉及一種用于超材料制備的3D打印設備。

背景技術

超材料，又被稱為異向媒質，擁有著天然材料所不具備的超常物理性能。這類材料一般是由一系列結構單元規則排列組成，具有類似晶體中原子的周期性結構，而每一個結構單元都可以理解為一個LC回路。因此，超材料會與特定頻率的電磁波發生諧振，產生獨特的電磁性能，例如表觀負介電常數(磁導率)等性質。這些特點決定了超材料在成像、隱身、通訊等領域有著非常誘人的前景。

超材料的每個結構單元都可以看作是一個LC回路，因此需要有負載于結構單元基底上的特定導電結構。然而，鑒于其復雜的結構，除了二維超材料可以通過光刻等簡單的方法直接成型，三維的超材料制備過程極其繁瑣，需要先制備單元結構并將其搭建起來，而這種復雜的制備方法限制了超材料的發展和應用。

3D打印是一種新興的快速成型技術，以計算機三維設計模型為藍本，利用激光燒結，加熱熔融等方式將金屬、陶瓷粉末或聚合物等材料，通過計算機數字軟件程序控制，逐層堆積粘結成型，從而制造出實體產品。簡單來說，可以將3D打印看作是2D打印技術在空間上的疊加。這種打印技術相比于傳統的成型技術，不需要復雜的模具和工藝，設備小巧，程序由計算機控制，操作簡便，因而備受關注，逐漸在生物、醫學、建筑、航空等領域開拓了廣闊的應用空間，尤其適合小批量、個性化、結構復雜的中空部件。因此，將3D打印用于超材料的制備成為業內關注的問題。

發明內容

本發明為了克服目前超材料制備方式的繁瑣性，提供一種用于超材料制備的3D打印設備，可以極大簡化超材料的制備過程，使其具有更加廣泛的應用。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

(1)一種用于超材料制備的3D打印設備，該3D打印設備包括基底沉積系統、回路沉積系統和中樞控制系統；其中，

所述中樞控制系統控制所述基底沉積系統和所述回路沉積系統；

所述基底沉積系統在所述中樞控制系統控制下構筑超材料周期結構的基底，該基底為導電回路結構提供附著位點；

所述回路沉積系統在所述中樞控制系統控制下在所述基底沉積系統構筑的基底上通過噴墨槍頭沉積導電物質形成電磁波響應性結構；

該3D打印設備通過使用基底沉積系統和回路沉積系統，能夠實現基底材料和導電材料的同時打印，從而構造具有周期性結構或類周期性結構的超材料。

(2)在前述技術方案(1)的基礎上，該3D打印設備還包括定位系統，所述定位系統控制所述基底沉積系統和所述回路沉積系統的位置和位移。

(3)在前述技術方案(2)的基礎上，所述定位系統還用于校準和控制基底沉積系統和回路沉積系統的位置和位移。

(4)在前述技術方案(1)至(3)中任一項的基礎上，該3D打印設備還包括環境控制系統，所述環境控制系統控制3D打印設備打印過程中的環境條件。

(5)在前述技術方案(1)至(4)中任一項的基礎上，當所述基底沉積系統采用熔融沉積技術時，所述基底沉積系統的擠出針頭選用帶有加熱部件的擠出針頭；當所述基底沉積系統采用光固化沉積技術時，所述基底沉積系統的擠出針頭選用配套特定波長段光照系統的擠出針頭。