一种用于温控可逆变形的4D打印材料的制作方法

本发明涉及一种光固化的4d打印树脂材料，具体属于光固化成型，成型后形状在一定温度区间内随温度变化形貌可逆的树脂材料。

背景技术：

3d打印技术和材料目前已经运用非常广泛，而4d打印技术则更是当前新兴的行业。4d打印的成型本质其实与3d打印是一样的。它们的区别在于打印材料的不同。3d打印材料在打印成型后，其形貌不再发生变化。而4d打印则不同，4d打印结构成型后，其打印材料的形貌会随着外界环境的刺激发生相应的变化，这种材料属于敏感材料，这种变化有的是可逆的，而有的则是不可逆的。当前的4d打印材料主要为不可逆敏感材料，而可逆敏感材料则罕有报道。本发明涉及的材料则是属于一种4d打印可逆敏感材料。它由紫外光光照固化成型，在-15-95℃之间，随环境温度变化呈现可逆的形貌改变。因此开发一种温控可逆变形的4d打印材料对于智能制造，智能材料等领域有着非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明所述的一种光固化的4d打印树脂材料，在固化前为黏性液态，黏度为13200mpa.s。颜色为淡黄色，光照固化后在25℃温度下为柔性固态，其邵氏硬度为55。

为了获得上述性能的树脂材料，本发明采用的制备方案如下：

1）将聚合反应体25份，柔性填料5份，稀释剂25份加入密闭反应釜中，冲入氮气，在75℃搅拌30r/min匀速搅拌60min;

2）再向反应釜中缓慢加入光引发剂10份，热敏助剂5份，抗高温老化剂0.5份，温敏变形单体8份，光反应助剂3份，升温至110℃，搅拌40min后，降低温度至60℃，再加入5份稀释剂，继续搅拌30min后降温取出，获得目标产物。

本发明所述的树脂材料适用于恒温光固化3d打印机，打印过程温度范围在0-35℃之间。整个打印成型过程温差不得超过±1℃。

在一个大气压下本发明所述的树脂材料可逆热变形范围在-15-95℃之间，光固化前熔点为-30℃，固化后熔点在135℃。光固化波长范围为320-340nm。固化成型后，环境温度低于-15℃，该材料不与温度变化发生变形，环境温度在-15-95℃之间时，该固化材料与温度变化发生可逆的变形；环境温度大于95℃小于135℃时该材料发生变性，变性后当温度降至-15-95℃之间，材料不再发生温度相关的形变；温度大于135℃时，该固化材料融化。

附图说明

图1为不同温度下，采用本发明所述的树脂材料打印的样品在不同温度下的形貌特征。

图2为光固化前本发明所述的液态树脂材料。

图3为本发明所述材料光固化打印机的打印成型原理。

具体实施方式

下面结合本发明所述的打印树脂的成型举例说明：

实施例1

1)采用本发明所述的液体树脂材料，放置于紫外光固化3d打印机中，光波长设定为330nm，打印室温度设定为20℃，打印过程温差不超过±0.5摄氏度。

2)在树脂槽中盛满液态光敏树脂，可升降工作台处于液体下一个界面层厚度的高度，聚焦后的激光束在计算机控制下沿着液面进行扫描，被扫描的区域树脂固化，从而得到该截面的一层树脂固化薄片。

3)升降工作台下降一个层厚的距离，液体树脂再次暴露在光线下，再次扫描固化，如此重复，直到整个产品成型。

4)升降台升出液体树脂表面，取出工件，进行相关后处理，通过强光，电镀，喷漆或着色等处理得到最终所需产品。

5)需要注意的是由于本树脂材料黏度较大，流动性不强，使得在每层照射固化之后，液面很难在短期内恢复流平。所以，本光固化打印机需配备有刮刀布阵，在每层打印台下降后通过刮刀进行刮切操作，便可以将树脂均匀的涂覆在下一叠层之上。

6)光固化逐层打印完毕后，取出打印样品，将该样品放置于-15-95℃变温环境中，会随着环境温度的变化发生可逆的形貌改变。

技术特征：

技术总结
本发明属于3D打印材料领域，具体属于光固化成型的3D打印材料，该材料在光固化成型后，通过外界环境可控范围的不同温度感应，呈现形态的可逆改变，这种可逆改变的温度范围在‑15‑95℃之间，当温度大于该温度范围，材料失活，呈现不可逆变化，小于该温度范围，材料形貌变化与温度无关。由于该材料的上述特性导致温控可逆变形的4D打印材料不适用于FDM（熔融沉积）成型技术，因此本发明材料属于SLA（光固化）成型树脂范畴。该材料包括以下重量百分比的各组分制备而成：聚合反应体25份，光引发剂10份，热敏助剂5份，抗高温老化剂0.5份，温敏变形单体8份，稀释剂30份，光反应助剂3份，柔性填料5份。本发明提供的4D打印材料制备过程简单，产率高，同时解决了目前3D打印材料的形状不受温度控制的弊端，该材料具有重要的科学意义和使用前景。

技术研发人员：付远;姜江;赵国婧
受保护的技术使用者：付远
技术研发日：2018.09.12
技术公布日：2019.02.15