4D打印功能构件的热致变形模式分析与变形设计研究

作     者：高一聪 曾思远 许君君 郑浩 谭建荣 GAO Yicong;ZENG Siyuan;XU Junjun;ZHENG Hao;TAN Jianrong

作者机构：浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 清华大学制造工程研究所北京100084 北京航空航天大学杭州创新研究院杭州310000 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2023年第59卷第3期

页      面：189-199页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：浙江省自然科学基金(LR22E050006,LZ21E050004) 国家自然科学基金(51975386)资助项目 

主　　题：功能构件 可控变形 正向设计 4D打印 

摘      要：4D打印通过材料和结构的设计将非线性的控制逻辑打印在材料中,制备可以在温度、磁场、紫外线等激励下发生几何结构、功能、性能等可控转变的功能构件。以双层结构的功能构件为研究对象,通过对温度激励下功能构件基体相和增强相的热膨胀进行分析,研究了4D打印功能构件的热致变形机理,得到了基于形状记忆聚合物纤维排布的功能构件变形模式。在此基础上,分析了功能构件的3D打印工艺参数影响,建立了功能构件热致变形的近似解析模型。采用偏最小二乘法拟合了弯曲和螺旋变形的功能构件热致变形等效模型,通过4D打印的功能构件试件的变形特征与模型计算对比,验证了所拟合的等效模型的正确性。最后,设计并4D打印制备了自变形盒型功能构件和自组装螺旋连接功能构件,验证了功能构件形状、功能和特性的设计和可控编辑,对设计4D打印的功能构件具有指导意义。