CN112477140B - 一种电加热4d打印合件及打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电加热4D打印合件及打印方法，导热胶带和所述加热导线复合，并贴附于4D打印构件的变形区域表面，提高4D打印构件的变形灵活性和均匀加热效果。

Description

一种电加热4D打印合件及打印方法

技术领域

本发明涉及打印技术领域，尤其涉及一种电加热4D打印合件及打印方法。

背景技术

4D(四维)打印技术自2013年提出以来就引起了广泛的研究，它属于智能构件的增材制造技术，是一门多学科交叉融合的基础上产生的颠覆性制造技术。温度激励4D打印材料是目前最广泛研究的一类。4D打印技术在未来航空航天、医疗、汽车、软体机器人等领域具备广阔的应用前景。

温度激励常用的方法有热水、热板、电加热等。热水浴的加热方式限制了4D打印材料的应用场景，热板加热会随着构件的变形导致受热不均匀，而目前的电加热方式是在聚合物材料中掺加导电成分，然后对聚合物材料通电后通过自身发热而变形，这对聚合物材料本身的要求较高，且加热位置的灵活性不高。

发明内容

鉴于现有技术存在上述问题，本发明实施例提供了一种电加热4D打印合件以及打印方法，以实现对4D打印构件特定位置的均匀加热，能够在4D打印构件的材料要求不高的同时，提高4D打印构件的变形灵活性和均匀加热效果。

第一方面，本发明实施例提供一种电加热4D打印合件，包括：4D打印构件、加热导线和导热胶带，所述导热胶带和所述加热导线复合，并贴附于所述4D打印构件的变形区域表面。

可选地，所述4D打印构件是通过熔融堆积的3D打印方式，对热活化的形状记忆聚合物进行3D打印而成，其中，所述形状记忆聚合物的材料为聚乳酸、聚氨酯、聚己内酯以及尼龙材料中的任意一种。

可选地，所述4D打印构件为厚度在0.5-5mm范围的薄壳构件。

可选地，所述导热胶带是耐温大于100℃的箔片胶带。

可选地，所述导热胶带的胶带厚度在10-100μm范围。

可选地，所述加热导线是直径为10-100μm的电热丝。

可选地，所述加热导线以回形走线方式排布于所述变形区域表面。

可选地，所述4D打印构件，包括：

构件主体部；

与所述构件主体部连接的一个以上变形爪，其中，在加热状态下，每个所述变形爪相对于所述构件主体部可变形。

可选地，所述加热导线排布在每个所述变形爪与所述构件主体部的连接区域表面，所述导热胶带的贴附区域包括所述连接区域表面。

第二方面，本发明实施例提供一种基于第一方面所述4D打印合件的4D打印方法，包括：

将导热胶带和加热导线复合；

将复合之后的导热胶带和加热导线，贴附于所述4D打印构件的变形区域表面，得到4D打印合件；

在加热板上加热所述4D打印合件，并压平加热后的4D打印合件；

降温冷却所述4D打印合件，以保持所述4D打印合件的平面形状；

对所述加热导线通电并维持预设时长，以加热所述4D打印构件，使所述4D打印构件发生形变。

本发明实施例提供的一种或者多种技术方案，将导热胶带和加热导线复合并贴附于4D打印构件的变形区域表面，可以灵活的选择加热点来贴附复合的导热胶带和加热导线，以能够在电热条件下对4D打印构件上特定位置加热，以此达到了可控变形、通过灵活的选择加热位置增加了构件变形灵活性，进而实现了4D打印构件的智能变形。

并且，因不需要热水浴，为4D打印构件适用不同的应用场景提供了条件，且相对于电热板加热改善了加热均匀性，提高了变形质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中导热胶带和加热导线复合的示意图；

图2为本发明实施例中4D打印构件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一方面，本发明实施例提供了一种电加热4D打印合件，参考图1所示，该电加热4D打印合件包括：4D打印构件1、加热导线2和导热胶带3；导热胶带3和加热导线2复合并贴附于4D打印构件1的变形区域表面。

需要说明的是，4D打印构件1的变形区域是根据需要选定的，也就是选定了对4D打印构件1的加热位置，4D打印构件1上不需要变形的区域表面则不贴附复合的加热导线2和导热胶带3。在加热导线2通电后可以实现4D打印构件1上的加热位置(变形区域)在指定方向上运动，发生变形。加热结束之后，4D打印构件1的变形区域达到终点变形角度。而4D打印构件1上的其他区域由于没有被加热，则不会发生形变。

具体的，加热导线2以特定图形排布于4D打印构件1的变形区域表面，导热胶带3将以特定图形排布的加热导线2粘贴在4D打印构件1的变形区域表面，从而，导热胶带3起到固定加热导线2，以及将加热导线2上的发热热量导热至4D打印构件1上，以均匀加热变形区域的作用。

具体的，4D打印构件1是通过熔融堆积的3D打印方式，将热活化的形状记忆聚合物进行3D打印而成，其中，形状记忆聚合物的材料为聚乳酸、聚氨酯、聚己内酯、尼龙材料中的任意一种。由于是采用外部电热的方式进行温度激励。因此，对形状记忆聚合物的材料选择要求不高，任意一种形状记忆聚合物都可以使用。

具体的，4D打印构件1为厚度在0.5-5mm范围的薄壳构件。具体可以根据实际需求不同，对4D打印构件1的厚度选择有所不同。比如，可以是厚度为0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm或者5mm的薄壳构件。

而关于4D打印构件1的形状，并不限于图1、图2所示，图1、2仅仅是为了示意加热导线2和导热胶带3与4D打印构件1的结合方式，实际任何形状的4D打印构件1均可以适用于本发明。

在一具体实施方式下，如图2所示，4D打印构件1包括：构件主体部11以及与构件主体部11连接的一个以上变形爪12，在加热状态下，每个变形爪12相对于构件主体部11可变形，从而变形爪12与构件主体部11之间的夹角发生变化。加热结束之后，变形爪12与构件主体部11之间的夹角变化稳定以达到终点变形角度。

具体的，导热胶带3是耐温大于100℃的箔片胶带，比如，箔片胶带可以采用铜箔胶带或铝箔胶带。

具体的，导热胶带3的胶带厚度在10-100μm范围。比如，可以使用厚度为10μm、40μm、60μm、80μm或者100μm的导热胶带3。

具体的，加热导线2是直径在10-100μm范围的电热丝，比如，加热导线2的直径可以为10μm、40μm、60μm、80μm或者100μm，具体实施时，可以采用镍铬合金电热丝或者铁铬铝合金电热丝，以回形走线方式排布于4D打印构件1上指定加热位置。

图1和图2所示的4D打印构件1的形状为例，变形区域为每个变形爪12与构件主体部11的连接区域，加热导线2排布在每个变形爪12与构件主体部11的连接区域表面，导热胶带3的贴附区域包括每个变形爪12与构件主体部11的连接区域表面，以使连接区域能够被加热导线2和导热胶带3加热，温度激励使连接区域发生形变，以改变变形爪12相对于构件主体部11的夹角。

第二方面，本发明实施例提供一种基于第一方面所述4D打印合件的4D打印方法，包括：

步骤1、将导热胶带3和加热导线2复合；

步骤2、将复合之后的导热胶带3和加热导线2，贴附于4D打印构件1的变形区域表面，得到4D打印合件；

步骤3、在加热板上加热4D打印合件，并压平加热后的4D打印合件；

步骤4、降温冷却4D打印合件，以保持4D打印合件的平面形状；

步骤5、对加热导线2通电并维持预设时长，以加热4D打印构件1，使于4D打印构件1的加热位置在加热状态下发生形变。

下面给出一个实例，以理解本发明实施例：

参考图2所示，4D打印构件1为聚乳酸材料，采用熔融堆积模式打印。4D打印构件1的厚度为2mm，构件主体部11的边长5mm，变形爪12长度为8mm，变形爪12与构件主体部11底边的夹角为45°。加热导线2的材料为直径0.015mm的镍铬合金电热丝。镍铬合金丝按照回形排布。导热胶带3为厚度0.065mm的铜箔胶带。

变形过程如下：

步骤1：将导热胶带3和加热导线2与4D打印构件1组合后的4D打印合件在100℃的热板上加热，通过外力将4D打印合件压平；

步骤2：降温冷却4D打印合件，使得4D打印构件1的形状保持；

步骤3：加热导线2通电，4D打印构件1的加热位置发生形变，在6V电压下通电4min后，4D打印构件1的形变保持稳定，终点变形角度约为20°。

本领域技术人员可以根据本说明书的描述知晓其他可以实现的实例，为了说明书的简洁，在此不再过多举例。

通过上述描述的本发明实施例提供的一种或者多种技术方案，将导热胶带3和加热导线2复合并贴附于4D打印构件1的变形区域表面，可以灵活的选择加热点来贴附复合的导热胶带3和加热导线2，以能够在电热条件下对4D打印构件1上特定位置加热，以此达到了可控变形、通过灵活的选择加热位置增加了构件变形灵活性，进而实现了4D打印构件1的智能变形。

并且，因不需要热水浴，为4D打印构件1适用不同的应用场景提供了条件，且相对于电热板加热改善了加热均匀性，提高了变形质量。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种电加热4D打印合件，其特征在于，包括：4D打印构件、加热导线和导热胶带；

所述4D打印构件是通过熔融堆积的3D打印方式对热活化的形状记忆聚合物进行3D打印而成，且包括构件主体部、与所述构件主体部连接的一个以上变形爪，所述形状记忆聚合物的材料为聚乳酸、聚氨酯、聚己内酯以及尼龙材料中的任意一种；

所述导热胶带和所述加热导线复合，并贴附于所述4D打印构件的变形区域表面，所述加热导线以回形走线方式排布于所述变形区域表面，所述加热导线还排布在每个所述变形爪与所述构件主体部的连接区域表面，所述导热胶带的贴附区域包括所述连接区域表面；

其中，在加热状态下，每个所述变形爪相对于所述构件主体部可变形，以使所述变形爪与所述构件主体部之间的夹角发生变化，在加热结束之后，所述变形爪与所述构件主体部之间的夹角变化稳定以达到终点变形角度。

2.根据权利要求1所述的4D打印合件，其特征在于，所述4D打印构件是：通过熔融堆积的3D打印方式，对热活化的形状记忆聚合物进行3D打印而成，其中，所述形状记忆聚合物的材料为聚乳酸、聚氨酯、聚己内酯以及尼龙材料中的任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的4D打印合件，其特征在于，所述4D打印构件为厚度在0.5-5mm范围的薄壳构件。

4.根据权利要求1所述的4D打印合件，其特征在于，所述导热胶带是耐温大于100℃的箔片胶带。

5.根据权利要求1所述的4D打印合件，其特征在于，所述导热胶带的胶带厚度在10-100μm范围。

6.根据权利要求1所述的4D打印合件，其特征在于，所述加热导线是直径为10-100μm的电热丝。

7.一种基于权利要求1-6中任一所述4D打印合件的4D打印方法，其特征在于，包括：

将导热胶带和加热导线复合；

将复合之后的导热胶带和加热导线，贴附于所述4D打印构件的变形区域表面，得到4D打印合件，所述4D打印构件是通过熔融堆积的3D打印方式对热活化的形状记忆聚合物进行3D打印而成，且包括构件主体部与所述构件主体部连接的一个以上变形爪，所述形状记忆聚合物的材料为聚乳酸、聚氨酯、聚己内酯以及尼龙材料中的任意一种，所述加热导线以回形走线方式排布于所述变形区域表面，所述加热导线还排布在每个所述变形爪与所述构件主体部的连接区域表面，所述导热胶带的贴附区域包括所述连接区域表面，其中，在加热状态下，每个所述变形爪相对于所述构件主体部可变形，以使所述变形爪与所述构件主体部之间的夹角发生变化，在加热结束之后，所述变形爪与所述构件主体部之间的夹角变化稳定以达到终点变形角度；

在加热板上加热所述4D打印合件，并压平加热后的4D打印合件；

降温冷却所述4D打印合件，以保持所述4D打印合件的平面形状；

对所述加热导线通电并维持预设时长，以加热所述4D打印构件，使所述4D打印构件发生形变，所述加热导线为电热丝，所述导热胶带用于固定所述加热导线于所述4D打印构件的变形区域表面，以及将所述加热导线上的发热热量导热至所述4D打印构件上，以均匀加热变形区域。

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