一种面向曲面IPMC的4D打印方法与流程

技术特征：
1.一种面向曲面ipmc的4d打印方法，其特征在于，设计曲面智能结构，采用共形基体包络曲面智能结构进行辅助成型；对nafion溶液进行改性处理得到离子驱动打印墨水；通过直写打印方式将离子驱动打印墨水打印在曲面智能结构的共形基体上，并进行固化处理；最后使用化学镀方式将电极镀到曲面智能结构上得到曲面ipmc智能结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，曲面智能结构的回转体半径为1～10cm，高度为1～20cm，厚度为0.015～2.50mm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，共形基体的厚度为0.01～0.2mm，控制温度60～80
°
，使用电热膜对共形基体进行加热。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，共形基体的材料选取国际铝6061、国际铝7075或未来7500高性能尼龙，电热膜的材料为聚酰亚胺、硅橡胶或石墨烯。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对nafion溶液进行改性处理具体为：将质量分数20％的nafion溶液与高沸点溶剂混合后加热磁力搅拌至nafion溶液的浓度为25％～30％，然后与多壁碳纳米管混合进行超声分散，搅拌均匀成粘状的离子驱动打印墨水。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，nafion溶液与高沸点溶剂的质量比为1：(0.25～1)，nafion溶液与多壁碳纳米管的质量比为1：(0.002～0.01)，超声分散的时间为1～2h，搅拌速度为600～2000rpm。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，高沸点溶剂为二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺，多壁碳纳米管的长度>0.5μm，多壁碳纳米管的管径长度>10nm。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，直写打印方式具体为：控制温度在60～80
°
加热共形基体结构；调节打印参数；使挤出丝附着在曲面智能结构上，打印离子驱动层。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，打印参数具体为：喷头距离曲面智能结构的法向距离为0.1～0.2mm，离子驱动墨水的挤出气压为0.3～0.5mpa，扫描速度为3～10mm/s。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，固化处理的温度为60～80
°
，固化成型后升温至130
°
，并加热2～4h。

技术总结
本发明公开了一种面向曲面IPMC的4D打印方法，设计曲面IPMC的三维曲面智能结构，进行变形仿真，使运动达到设计目标；根据IPMC的曲面智能结构设计可控温的共形基体；掺杂多壁碳纳米管和高沸点溶剂的Nafion作打印墨水；利用可实现三维运动的平台通过直写打印方式将打印墨水打印在曲面智能结构的共形基体上；利用化学镀方法将曲面智能结构镀电极，对曲面智能结构的变形进行功能验证。本发明克服了目前离子驱动材料的4D打印空间成型能力的难题，利用4D打印技术，设计出合适的曲面智能结构，可实现空间任意维度的变形，适用于复杂曲面结构的IPMC一体化制备，从而在柔性驱动，仿生机器人等领域有着重要的应用潜力。等领域有着重要的应用潜力。等领域有着重要的应用潜力。


技术研发人员：朱子才 崔宇航 程随军
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.08.05
技术公布日：2021/12/3