[發明專利]一種光驅動聚合物薄層自變形生成空間三維結構的方法

在審

• 申請號: 201910270851.0
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN109940878A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 戴寧;王金強;程筱勝;陳為
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B29C64/124
• 分類號: B29C64/124;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 趙洪玉

本發明涉及一種光驅動聚合物薄層自變形生成空間三維結構的方法，屬于基于光敏樹脂的快速成型技術領域。該方法包括如下步驟：步驟一、配置用于紫外光固化的光敏樹脂；步驟二、將所述光敏樹脂放置在兩片底板之間的間隙中，選擇數字紫外光投影設備作為紫外光源；步驟三、將待成形的三維結構展開為二維平面圖，根據三維結構不同位置處的曲率變化在其二維平面圖上填充灰度值從而獲得光掩碼圖案；步驟四、將所述光掩碼圖案傳輸給數字紫外光投影設備來固化步驟二中的光敏樹脂；步驟五、去除未固化的光敏樹脂，將生成的聚合物薄層放置在平板上使其自由變形。本發明不但成本較低、工藝控制方便，而且變形的一致性較好。

技術領域

本發明涉及一種光驅動聚合物薄層自變形生成空間三維結構的方法，屬于基于光敏樹脂的快速成型技術領域。

背景技術

由平面薄片直接變形獲得3D形狀的曲面產品已經成為一種極具前景的制造方法，其為生物技術、驅動器、傳感器和工程中復雜超材料的制造提供了新的手段。

但由平面到曲面的形狀變形需要基于特定的驅動條件，目前常用的方法有兩種：

1）一種方法是從功能材料的刺激響應特性出發，研究利用水凝膠、形狀記憶高分子、記憶合金等功能材料在受到外界刺激（如pH、溫度、光照等）后發生形狀變形的特點，通過改變外界環境驅動平面結構沿著特定方向產生伸縮、折疊或者扭轉；但這類刺激響應變形方法使用的材料成本較高，制造過程相對復雜，而且變形程度的一致性較差。

2）另外一種方法是利用毛細力、剝離力、殘余應力、預拉伸力等使二維平面產生后屈曲變形從而實現平面到曲面的形狀變形。這類基于物理準則的變形不需要外界環境刺激和復雜的材料合成過程，因此可以更高效地驅動形狀變形，但是這類變形方法也存在結構設計復雜，變形程度難以精確控制等缺點。

綜上可知，目前各類研究平面變形生成三維結構的方法中仍存在諸如加工材料昂貴、工藝控制繁瑣和難以獨立操作的缺陷。

發明內容

本發明要解決技術問題是：提供一種成本較低、工藝控制方便、變形一致性好的平面薄片生成空間三維結構的方法。

為了解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是：一種光驅動聚合物薄層自變形生成空間三維結構的方法，包括如下步驟：

步驟一、配置用于紫外光固化的光敏樹脂，所述樹脂采用丙烯酸酯基體低聚物樹脂，所述丙烯酸酯基體低聚物樹脂中均勻混合有重量比為0.05-0.1%的光吸收劑；

步驟二、將相對設置的兩片透明底板通過墊片支撐從而使兩片底板之間預留有一定間隙，兩片底板的相對側均涂覆有隔離薄膜，然后將所述光敏樹脂放置在兩片底板之間的間隙中；將數字紫外光投影設備置于底板正上方和/或正下方作為紫外光源；

步驟三、將待成形的三維結構展開為二維平面圖，根據三維結構不同位置處的曲率變化在其二維平面圖上填充灰度值從而獲得光掩碼圖案，三維結構的彎曲曲率與光掩圖案的灰度值之間的比值為預設值，所述光掩碼圖案的灰度值介于100-255之間；

步驟四、根據預設的曝光時間，將所述光掩碼圖案傳輸給數字紫外光投影設備來固化步驟二中的光敏樹脂，從而得到平面聚合物薄層；其中，所述數字紫外光投影設備投射出的紫外光強度正比于光掩碼圖案的灰度值；

步驟五、去除未固化的光敏樹脂，將生成的聚合物薄層放置在平板上使其自由變形，待其穩定后即得到所需的三維結構。