[發(fā)明專利]一種基于4D打印的可調(diào)聲學(xué)超材料的制備方法

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• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN112140535A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁慶宣;張曉聞;吳雨濤;何錦
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B29C64/124
• 分類號: B29C64/124;B29C64/379;B33Y40/20;B33Y70/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發(fā)明公開了一種基于4D打印的可調(diào)聲學(xué)超材料制備方法。包括以下步驟:將表面改性的四氧化三鐵粉末、氣相二氧化硅粉末和光固化樹脂按照特定比例攪拌均勻，得到磁性樹脂復(fù)合材料；利用三維軟件構(gòu)建待成型可調(diào)聲學(xué)超材料的三維模型，將三維模型STL文件導(dǎo)入切片軟件中按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行切片處理；將磁性樹脂復(fù)合材料倒入光固化打印機(jī)樹脂槽中開始打?。蛔罱K得到在外加磁場刺激下，改變磁鐵空間位置或者大小，遠(yuǎn)程控制可調(diào)聲學(xué)超材料的旋轉(zhuǎn)角度或者變形角度變化，從而達(dá)到聲波方向的異常反射和吸收兩者之間靈活切換，通過本發(fā)明制備的可調(diào)聲學(xué)超材料結(jié)構(gòu)具有遠(yuǎn)程驅(qū)動旋轉(zhuǎn)能力，響應(yīng)速度快、成型精度高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，更具體地，一種基于4D打印的旋轉(zhuǎn)可調(diào)聲學(xué)超材料制備方法。

背景技術(shù)

隨著增材制造領(lǐng)域?qū)?gòu)件的性能方面要求越來越高，智能構(gòu)件得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展，它可以在在外界刺激下，自身的形狀、性能、功能可以發(fā)生可控變化。目前，3D打印技術(shù)在醫(yī)療、航天等諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的增材制造技術(shù)打印出的結(jié)構(gòu)往往不具備智能特性，極大的限制了發(fā)展和應(yīng)用。由此衍生出4D打印技術(shù)，主要通過對增材制造所使用材料進(jìn)行研究，所成型的智能構(gòu)件可以隨著時間的推移，在外界刺激下，發(fā)生形狀、性能、功能的可控變化。對其深入研究，必將加快推動智能結(jié)構(gòu)、智能制造的發(fā)展，具有重要的科學(xué)意義和價值。

聲學(xué)超材料是一種區(qū)別于傳統(tǒng)材料，通過人工設(shè)計，具有負(fù)等效模量和負(fù)等效質(zhì)量密度。它往往能夠?qū)崿F(xiàn)聲波的負(fù)折射效應(yīng)、聲隱身、聲學(xué)異常透射效應(yīng)等新穎特性和功能，聲學(xué)超材料具有吸聲效果好，在軍事等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的聲學(xué)超材料中，負(fù)等效模量和負(fù)等效質(zhì)量密度是通過具有固定幾何形狀和固定空間位置的的定制結(jié)構(gòu)來設(shè)計的，一旦制備完成，在空間中的位置和形狀無法在外界刺激作用下改變，使功能單一化，不能實現(xiàn)多功能之間的可逆靈活切換。根據(jù)外界環(huán)境的變化作出響應(yīng)，那么這樣的智能聲學(xué)超材料將會極大拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。2018年，Kunhao Yu等人制備了一種設(shè)計了一種可以在外加磁場下實現(xiàn)單負(fù)和雙負(fù)之間的靈活切換的磁致動聲學(xué)超材料，利用投影立體光刻法制備水溶性中空支架結(jié)構(gòu)，將磁流變彈性體注入結(jié)構(gòu)通道中固化，利用氫氧化鈉溶液溶解支架，得到八隅位桁架晶格結(jié)構(gòu)。但是制備工藝較為復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，表面精度較低。光固化3D打印技術(shù)具有能夠制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)、制造周期短、成本低、等諸多優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于聲學(xué)超材料制造中。所以本發(fā)明提供了一種基于4D打印的可調(diào)聲學(xué)超材料制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點(diǎn)和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種基于4D打印的可調(diào)聲學(xué)超材料制備方法。通過采用光固化打印成型技術(shù)制備的可調(diào)聲學(xué)超材料，制備獲得的可調(diào)聲學(xué)超材料在外加磁場刺激下，遠(yuǎn)程控制可調(diào)聲學(xué)超材料的旋轉(zhuǎn)角度或者變形角度變化，實現(xiàn)兩種功能之間的快速切換。由此解決了可調(diào)聲學(xué)超材料生產(chǎn)制造中工藝復(fù)雜、成本相對較高、成型表面精度較低等缺陷，達(dá)到可以在外界環(huán)境作用下，做出快速響應(yīng)，改變可調(diào)聲學(xué)超材料在空間中位置，實現(xiàn)功能之間靈活切換。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明提供一種基于4D打印的可調(diào)聲學(xué)超材料制備方法，該方法包括下列步驟：

(a)仿真設(shè)計可調(diào)聲學(xué)超材料，使用三維建模軟件對所設(shè)計的可調(diào)聲學(xué)超材料進(jìn)行建模，導(dǎo)出STL文件。

(b)磁性樹脂配置：經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑表面改性后的四氧化三鐵粉末、氣相二氧化硅為增稠劑，405nm波段光固化樹脂，機(jī)械攪拌混合均勻，制備好的磁性樹脂靜置1以完全消除氣泡。

(c)進(jìn)行光固化3D打印，首先將打印模型STL文件導(dǎo)入與打印機(jī)配套的切片軟件中，調(diào)整打印參數(shù)并對模型進(jìn)行切片處理，全部參數(shù)設(shè)置完成后，對3D打印機(jī)調(diào)平完成即可開始打印。

(d)打印完成后，使用酒精擦拭清理打印完成后的結(jié)構(gòu)件，最終得到聲學(xué)超材料成品。