[發明專利]一種磁彈性材料在4D打印中的應用

在審

• 申請號: 201710882123.6
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN109550930A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 李琦;楊煒沂;朱朋飛;王榮;鞠小晶
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/22;H01F1/11;H01F1/055;H01F1/14;C04B35/26;C04B35/632
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

本發明公開一種磁彈性材料在4D打印中的應用，屬于復合磁性材料以及4D打印技術領域。將磁性組元與柔性基底材料形成復合物漿料，再將該復合物漿料通過無模直寫打印成三維結構，實現該三維結構在外加磁場作用下隨著第四維度時間變化具有結構可變的特性，進而實現4D打印。利用該4D打印技術，可以實現所打印的三維結構在外加磁場作用下的快速變形，實現三維結構的非觸碰調節。

技術領域：

本發明涉及復合磁性材料以及4D打印技術領域，具體涉及一種磁彈性材料在4D打印中的應用。

背景技術：

隨著3D打印技術的發展，其在金屬、陶瓷、塑料、生物等領域的研究日趨深入，4D打印技術也在世界上引起廣泛關注。4D打印技術是指利用材料形狀記憶或可恢復特性，將3D打印的物體賦予第四維度時間的變化。該技術的發展，將可以實現智能化材料的制造以及推動智能傳感器件的進一步走向應用。

但是目前的4D打印技術，可利用熱場或者是水環境作為外界刺激，利用材料膨脹、扭曲等產生內應力變形，通過3D打印路徑設計，來實現可變形材料在指定的時間內變化成所設計的形狀。該類4D打印技術的變形過程往往需要很長的時間，難以實現迅速及時的變形，而且熱場與水環境外界條件的獲得往往是難以控制的，這些缺陷在很大程度上限制了4D智能打印技術的進一步走向實際。因此，發展新型的、基于快速響應材料的4D打印技術十分有必要。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種磁彈性材料在4D打印中的應用，通過無模直寫打印成具有磁場響應的三維結構的磁彈性材料，該三維結構在外加磁場作用下隨著時間變化具有結構可變的特性，進而實現4D打印。利用該4D打印技術，可以實現所打印的三維結構在外加磁場作用下的快速變形和非觸碰調節。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種磁彈性材料在4D打印中的應用，是將3D打印制備的磁彈性材料應用于4D打印中；在外加磁場作用下，該磁彈性材料隨著第四維度時間的變化具有結構可變的特性(快速變形)，從而實現4D打印；所述磁彈性材料是由具有磁響應的粉體材料與柔性基底材料復合而成，具有三維結構；其中：所述具有磁響應的粉體材料的含量為10-90wt.％。

所述具有磁響應的粉體材料為鐵磁性材料，優選為鐵粉、鐵氧體粉、四氧化三鐵粉、三氧化二鐵粉、含鐵化合物粉末、鐵鈷粉、鐵鎳粉、鐵碳粉或鐵鈷粉；所述柔性基底材料為有機硅膠。

本發明將3D打印制備的磁彈性材料應用于4D打印中的具體過程包括如下步驟：

(1)配制磁性復合漿料：將具有磁響應的粉體材料按比例加入到柔性基底材料中，攪拌均勻后獲得磁性復合漿料，即3D打印墨水；所述磁性復合漿料中，具有磁響應的粉體材料的含量為10-90wt.％；

(2)采用無模直寫成型技術打印三維結構：將所得磁性復合漿料按照設定的三維結構的運行路徑進行打印；

(3)將步驟(2)打印好的三維周期性結構進行固化成型處理，處理溫度0-100℃，處理時間24-0.5小時，即獲得具有磁場響應的三維結構的磁彈性材料；所制備的磁彈性材料具有柔性可恢復特性；由于含有具有磁響應的粉體材料，該三維結構的磁彈性材料能夠在外加磁場作用下變形，并且在外加磁場撤去之后，由于自身彈力的存在實現三維結構的恢復。

(4)將步驟(3)所得磁彈性材料施加外加磁場激勵，該磁彈性材料可以實現三維形狀隨時間的變化；當外加磁場激勵撤去之后，該結構恢復到初始狀態，顯示出三維結構制品隨時間變化的特性，至此完成4D打印。

本發明的優點和有益效果如下：

1、本發明通過將磁性組元與柔性基底材料形成復合物漿料，再將該復合物漿料通過無模直寫打印成三維結構，實現該三維結構在外加磁場作用下隨著第四維度時間變化具有結構可變的特性，進而實現4D打印。