仿生变形变色双响应4D打印技术研究

发布时间：2022-07-14 15:37

　　4D打印是指3D打印的物体,在特定的激励条件下,可以产生预定的形状、性能或功能的变化。这种4D变化是按照预先设计的方式进行的,是通过材料结构、工艺参数及激励条件的设计进行编程的。4D打印将控制变化的因素通过3D打印嵌入具有激励-响应特性的智能材料中,在特定因素的刺激下（温度、湿度、光、电、磁和振动等）,随时间推移能够自发的改变其物理属性、功能和形状从而实现特定的功能。4D打印目前需要突破的难点和核心在于创造可编程的变化并将其“打印”在零件中,即通过材料和结构的编程将预设指令“埋”在材料中,使材料产生预定的响应行为。为适应生存,一些生物材料进化出了根据环境而变化的特性,这为4D打印设计提供了思路。如松塔和豆荚等可以根据湿度的变化产生变形排出种子。一些植物的器官如松塔、豆荚等,通过组织微观结构来实现可控的形状变化。除植物外,一些动物如章鱼、变色龙等,通过改变自身皮肤中的色素细胞结构和排列来实现可控的颜色变化。受启发于生物的变形与变色特性和材料结构的关系,可以建立4D打印的仿生设计方法。虽经过近年来的大量研究,4D打印目前仍然局限于形状、结构等几何特征的变化,其潜力没有被充分认识、挖掘和利用... 

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 选题背景与意义
    1.2 动态生物材料
        1.2.1 生物材料的变色
        1.2.2 生物材料的变形
    1.3 变形-变色材料研究现状
        1.3.1 传统方式制造变形变色材料
        1.3.2 化学变色材料
        1.3.3 结构变色材料
        1.3.4 存在的问题
    1.4 4D打印研究现状
        1.4.1 用于4D打印的3D打印方法
        1.4.2 形状记忆聚合物的4D打印
        1.4.3 智能水凝胶的4D打印
        1.4.4 液晶弹性体的4D打印
        1.4.5 存在的局限
    1.5 本文研究思路及内容
第2章 材料制备表征和打印工艺开发
    2.1 材料的制备
    2.2 多材料熔融沉积成型(FDM)3D打印机开发
        2.2.1 机械装置的构建
        2.2.2 软件控制系统的构建
    2.3 样品表征
        2.3.1 热机性能分析
        2.3.2 颜色变化分析
        2.3.3 样件表面形貌与形状记忆特性测试
        2.3.4 形状记忆恢复力测试
    2.4 本章小结
第3章 工艺参数和编程条件对复合聚乳酸形状记忆特性的影响
    3.1 复合聚乳酸的热机性能分析
        3.1.1 差热分析
        3.1.2 动态热机械分析
    3.2 复合聚乳酸的形状记忆特性的量化表征
    3.3 形状记忆特性影响因素的设计
        3.3.1 3D打印参数的设计
        3.3.2 形状记忆编程及恢复条件的设计
    3.4 打印参数对形状记忆特性的影响
        3.4.1 形状记忆固定率、恢复率及恢复时间的研究
        3.4.2 打印参数对形状记忆恢复力的影响
    3.5 形状记忆编程及恢复条件对形状记忆特性的影响
    3.6 本章小结
第4章 变形变色双响应4D打印
    4.1 变色4D打印研究
        4.1.1 复合聚乳酸样件的变色表征
        4.1.2 变色机理分析
        4.1.3 变色4D打印
    4.2 变形变色双响应4D打印研究
        4.2.1 加热介质和打印高度对变色时间的影响
        4.2.2 形状-颜色双响应的匹配性分析
        4.2.3 形状-颜色双响应的耐久性分析
        4.2.4 变形变色双响应4D打印
    4.3 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
导师简介
作者简介及科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]电活性聚合物驱动的仿生变色伪装技术研究进展[J]. 李博,王延杰,赵鹏飞,刘磊,陈花玲.  科技导报. 2018(21)
[2]3D打印聚乳酸材料的改性[J]. 范东风,费旭,徐龙权.  大连工业大学学报. 2017(03)
[3]4D打印-智能材料的增材制造技术[J]. 李涤尘,刘佳煜,王延杰,王永泉,王树新.  机电工程技术. 2014(05)
[4]一种可逆热致变色材料的制备及微胶囊化研究[J]. 崔晓亮,张宝砚,孟凡宝,孟皓,夏炎.  合成树脂及塑料. 2002(03)

博士论文
[1]仿生定向纤维增强材料磁组装3D/4D打印及其性能研究[D]. 周雪莉.吉林大学 2019
[2]复杂组分梯度仿生3D打印系统及其3D/4D打印应用研究[D]. 宋正义.吉林大学 2019

硕士论文
[1]基于FDM的PLA基多孔复合材料的制备与性能研究[D]. 范英姿.湖南大学 2018
[2]热致变色复配物的配制及微胶囊化研究[D]. 王凯军.苏州大学 2008



本文编号：3661408