[發明專利]構造四維打印的陶瓷物體的方法

有效

• 申請號: 201810852295.3
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN109320248B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 呂堅;劉果
• 申請（專利權）人: 香港城市大學
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;B33Y70/10;B33Y10/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;喬雪微

本發明公開了一種構造4D打印的陶瓷物體的方法，包括：通過噴嘴擠出包括顆粒和陶瓷前驅體的墨水，以將墨水沉積在加熱板上，由此在加熱板上形成3D打印的彈性物體；將3D打印的彈性物體折疊成復雜結構以形成4D打印的預應變彈性物體；以及將4D打印的預應變彈性物體轉換成4D打印的陶瓷物體。

技術領域

本發明涉及陶瓷結構的打印。具體地說，本發明的實施例涉及使用高分子化合物打印可折疊物體。折紙的具體實施例以這樣的方式打印，使得物體的折疊憑借材料特性而發生。

背景技術

在本說明書中，應該理解，術語“折紙”是指將薄片折疊成三維(3D)物體的過程。

在制造和3D打印的環境中，提及“折紙”裝配是指使3D打印物體“折疊”成更復雜形狀的過程。

這種折疊可以通過毛細作用力、通過使用機械感應器、或通過形成3D打印物體的材料固有的形狀記憶機構來發生。

在口語中，類似折紙的3D打印物體(即，通過其固有結構和/或材料的使用而能夠隨時間移動或變形的物體)通常通過稱為四維(4D)打印的過程而制造。因此，在本說明書的上下文中，將理解的是，對“4D打印物體”的任何引用是對使用3D打印技術打印的物體的引用，但是由于物體的固有屬性，其能夠隨時間變換。相應地，4D打印是指采用3D打印機構或方法的打印過程，并且在某些情況下，在進行形狀變形步驟之前，采用產生4D打印物體的方式。

可以理解的是，4D打印物體和4D打印技術可以應用在包括機器人技術、生命科學應用和仿生4D打印等的多個領域中。

通過陶瓷前驅體的熱分解制備的聚合物衍生陶瓷(PDCs)除了機械抗摩擦學性能外，還表現出常規陶瓷的顯著性能，例如高熱穩定性、耐氧化和耐腐蝕的化學特性。PDCs的微觀結構和性質可以通過調節聚合物體系和熱解條件進行調整。

陶瓷前驅體的增材制造是用于構建復雜陶瓷結構的最先進的技術。但是，硅樹脂在用于聚合物向陶瓷轉化的完全交聯后不夠柔軟，很難彎曲。

正是在這種背景下開發了本發明。

發明內容

在一個方面，本發明提供一種構造4D打印的陶瓷物體的方法，所述方法包括：通過噴嘴擠出包括顆粒和陶瓷前驅體的墨水，以將墨水沉積在加熱板上，由此在加熱板上形成3D打印的彈性物體；將3D打印的彈性物體折疊成復雜結構以形成4D打印的預應變彈性物體；以及將4D打印的預應變彈性物體轉換成4D打印的陶瓷物體。

在一個實施方式中，顆粒是二氧化鋯納米顆粒。

在一個實施方式中，陶瓷前驅體是聚二甲基硅氧烷。

在一個實施方式中，加熱板的溫度在30℃至400℃的范圍內。

在一個實施方式中，3D打印的彈性物體的折疊通過金屬線來實現。

在一個實施方式中，4D打印的預應變彈性物體到4D打印的陶瓷物體的轉換通過在真空中或在惰性氣氛下熱解發生。

在一個實施方式中，4D打印的陶瓷物體具有混合的高斯曲率。

該混合的高斯曲率可以是有利的，因為彈性體的拉伸性提供了構建復雜結構的機會。

在一個實施方式中，4D打印的陶瓷物體具有100μm或更大的尺寸。

在一個實施方式中，墨水由顆粒在陶瓷前驅體中均勻分布形成，并且其中，墨水中顆粒的重量百分比在1％至90％的范圍內，以及墨水中陶瓷前驅體的重量百分比在10％至99％的范圍內。

在一個實施方式中，4D打印的預應變彈性物體到4D打印的陶瓷物體的轉換的加熱溫度為400℃至2000℃。