[發(fā)明專利]基于4D打印的仿生智能分離連接裝置

有效

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• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110345138B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 文世峰;陳道兵;周燕;劉洋;陳柯宇;王沖;胡輝;史玉升
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: F16B1/02
• 分類號: F16B1/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發(fā)明公開了基于4D打印的仿生智能分離連接裝置，屬于分離連接裝置領(lǐng)域，裝置包括一對仿生扣合單齒，仿生扣合單齒包括上齒和下齒；上齒采用鎳鈦合金；上齒的一端和下齒的一端固連，上齒的中間彎曲，上齒的另一端在高于鎳鈦合金相變溫度時為勾狀結(jié)構(gòu)，在低于鎳鈦合金相變溫度時勾狀結(jié)構(gòu)展平為連續(xù)彎曲狀結(jié)構(gòu)；下齒上面為平面，下面設(shè)有凸起，凸起上設(shè)有凹槽，凹槽用于與勾狀結(jié)構(gòu)相配合扣合，凸起用于與上齒內(nèi)平面和下齒上平面構(gòu)成的開口空腔相配合。上齒可采用4D打印成形。還提供可陣列式的仿生智能分離連接裝置。本發(fā)明能夠在溫度的控制下自動分離和連接，無需繁瑣的機械機構(gòu)，具有高效、簡潔、高機動性、連接緊密、智能分離的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于分離連接裝置領(lǐng)域，更具體地，涉及基于4D打印的仿生智能分離連接裝置。

背景技術(shù)

分離連接裝置在航空航天、機械工程、軍事裝備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，比如火箭發(fā)射時，多級發(fā)動機的自動脫離，就需要特殊設(shè)計的分離連接裝置，機械工程領(lǐng)域常用的螺栓螺母連接，鉚釘連接等。對于傳統(tǒng)的連接分離方式來說，無法實現(xiàn)智能化，以常用的銷釘連接為例，其在預(yù)先連接之后，再要使其分離需要人工干預(yù)的機械作用，而無法實現(xiàn)智能化的自動分離。

NiTi合金是一種具有諸多優(yōu)良性能的智能材料，并且，NiTi合金不光是具備形狀記憶性能，同時，在不同溫度下，其硬度和剛度均具有較大變化。在高于相變溫度時，其主要以母相奧氏體存在，具有高硬度，大剛度特點，在低于相變溫度時，主要以馬氏體存在，具有偽彈性，其硬度和剛度均下降。

生物體在進(jìn)化過程中，形成了諸多優(yōu)異結(jié)構(gòu)，這些優(yōu)異結(jié)構(gòu)和性能是極佳的仿生藍(lán)本。將生物功能與生物結(jié)構(gòu)和智能材料相結(jié)合，創(chuàng)造出具有特殊功能的智能構(gòu)件，能夠為未來智能社會提供相應(yīng)部件基石。

因此，如何使分離連接裝置實現(xiàn)智能連接的同時能實現(xiàn)智能化的自動分離，成為本領(lǐng)域的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于4D打印的仿生智能分離連接裝置，其目的在于，實現(xiàn)分離連接裝置的智能連接和智能化的自動分離，由此解決現(xiàn)有分離連接裝置在分離時操作不便、需要機械或人力強制干預(yù)的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于4D打印的仿生智能分離連接裝置，其包括一對仿生扣合單齒，所述仿生扣合單齒包括上齒和下齒；

所述上齒采用鎳鈦合金；所述上齒的一端和所述下齒的一端固連，所述上齒的中間彎曲，所述上齒的另一端在高于所述鎳鈦合金相變溫度時為勾狀結(jié)構(gòu)，在低于所述鎳鈦合金相變溫度時所述勾狀結(jié)構(gòu)展平為連續(xù)彎曲狀結(jié)構(gòu)；

所述下齒上面為平面，下面設(shè)有凸起，所述凸起上設(shè)有凹槽，所述凹槽用于與所述勾狀結(jié)構(gòu)相配合扣合以使所述一對仿生扣合單齒牢固連接，所述凸起用于與所述上齒內(nèi)平面和所述下齒上平面構(gòu)成的開口空腔相配合。

優(yōu)選地，在高于所述鎳鈦合金相變溫度時，將兩個所述仿生扣合單齒相對并相互顛倒放置，兩個所述仿生扣合單齒的下齒的另一端分別從對方的上齒勾狀結(jié)構(gòu)下方進(jìn)入空腔，直到上齒勾狀結(jié)構(gòu)扣合入對方下齒凸起上的凹槽，兩個所述仿生扣合單齒完成連接；

在低于所述鎳鈦合金相變溫度時，所述仿生扣合單齒的上齒勾狀結(jié)構(gòu)展平為連續(xù)彎曲狀結(jié)構(gòu)，兩個連接在一起的所述仿生扣合單齒能夠容易地被拉開分離。

優(yōu)選地，所述仿生扣合單齒的上齒和/或下齒中設(shè)有孔道。

優(yōu)選地，所述孔道中設(shè)置有電熱絲。

優(yōu)選地，所述孔道用于流通冷卻物質(zhì)；所述冷卻物質(zhì)為冷卻水、干冰或液氮。

優(yōu)選地，所述仿生扣合單齒還包括連接齒根，所述上齒與所述下齒固連的一端固連在所述連接齒根上。

優(yōu)選地，所述上齒采用4D打印成形。