3D打印光致動(dòng)復(fù)合材料設(shè)計(jì)及應(yīng)用.pdf

1、本文綜述了致動(dòng)器材料的研究進(jìn)展，通過對(duì)致動(dòng)器材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)，制備了在近紅外（NIR）激光照射下具有光熱效應(yīng)的多壁碳納米管/聚乳酸復(fù)合線材，并結(jié)合熔融沉積成型（FDM）工藝的3D打印技術(shù)構(gòu)筑了紙基雙層結(jié)構(gòu)的光致動(dòng)器。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　1．將純態(tài)多壁碳納米管（MWCNTs）和純態(tài)聚乳酸（PLA）采用溶液共混法和熔融共混法相結(jié)合的方法，成功制備了多壁碳納米管/聚乳酸（MWCNTs/PLA）復(fù)合線材。研究發(fā)現(xiàn)：通過磁力攪拌和機(jī)

2、械剪切的作用，填料MWCNTs能夠均勻的分散在PLA基體中，且相容性很好；熔體流動(dòng)速率（MFR）測(cè)試結(jié)果表明，復(fù)合線材中MWCNTs含量的增加能明顯提高 PLA的熔體流動(dòng)速率，當(dāng)碳納米管的含量增加極小量后，復(fù)合線材的熔體流動(dòng)速率基本在同一水平，且復(fù)合材料在擠出前后，熔體流動(dòng)速率無明顯變化；于此同時(shí)，通過DSC熱分析和TGA熱分析測(cè)試，純態(tài)PLA添加MWCNTs后，發(fā)現(xiàn)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)換溫度（Tg）和熔點(diǎn)(Tm)均有所下降，由于MWCNTs的添加

3、量很小，所以下降幅度并不大；純PLA添加MWCNTs后，復(fù)合材料具有了明顯的光熱效應(yīng)，在近紅外光照射條件下，在很短時(shí)間內(nèi)（1s）即可升溫至玻璃態(tài)轉(zhuǎn)換溫度，隨著MWCNTs含量的增加，復(fù)合材料升溫幅度越大，持續(xù)照射15s后，復(fù)合材料溫度接近熔點(diǎn)溫度。
　　2.根據(jù)雙層結(jié)構(gòu)致動(dòng)器設(shè)計(jì)原理，選擇了辦公用紙作為雙層致動(dòng)器的約束層，紙的表面本身具有一定粗糙度，通過FDM打印機(jī)將MWCNTs/PLA線材加熱熔融擠出，直接沉積在紙面上，構(gòu)筑了紙

4、基雙層結(jié)構(gòu)的光致動(dòng)器，并深入的研究了致動(dòng)器光致機(jī)械響應(yīng)行為的各影響因素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在約束層材料紙張厚度不變的前提下，功能層復(fù)合材料的打印層厚和打印層不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均直接影響致動(dòng)器致動(dòng)效果，功能層復(fù)合材料打印層越薄越有利于其綜合致動(dòng)性能的提升，同時(shí)條紋間隔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也可以提高其致動(dòng)效果。
　　3.利用3D打印技術(shù)自由設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步優(yōu)化了致動(dòng)器光致機(jī)械響應(yīng)行為。借鑒仿生學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，最終打印了一朵花，通過光源的開關(guān)控制模擬花開花合