4D打印是指3D打印的物體,在特定的激勵(lì)條件下,可以產(chǎn)生預(yù)定的形狀、性能或功能的變化。這種4D變化是按照預(yù)先設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行的,是通過(guò)材料結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)及激勵(lì)條件的設(shè)計(jì)進(jìn)行編程的。4D打印將控制變化的因素通過(guò)3D打印嵌入具有激勵(lì)-響應(yīng)特性的智能材料中,在特定因素的刺激下（溫度、濕度、光、電、磁和振動(dòng)等）,隨時(shí)間推移能夠自發(fā)的改變其物理屬性、功能和形狀從而實(shí)現(xiàn)特定的功能。4D打印目前需要突破的難點(diǎn)和核心在于創(chuàng)造可編程的變化并將其“打印”在零件中,即通過(guò)材料和結(jié)構(gòu)的編程將預(yù)設(shè)指令“埋”在材料中,使材料產(chǎn)生預(yù)定的響應(yīng)行為。為適應(yīng)生存,一些生物材料進(jìn)化出了根據(jù)環(huán)境而變化的特性,這為4D打印設(shè)計(jì)提供了思路。如松塔和豆莢等可以根據(jù)濕度的變化產(chǎn)生變形排出種子。一些植物的器官如松塔、豆莢等,通過(guò)組織微觀結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)可控的形狀變化。除植物外,一些動(dòng)物如章魚(yú)、變色龍等,通過(guò)改變自身皮膚中的色素細(xì)胞結(jié)構(gòu)和排列來(lái)實(shí)現(xiàn)可控的顏色變化。受啟發(fā)于生物的變形與變色特性和材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系,可以建立4D打印的仿生設(shè)計(jì)方法。雖經(jīng)過(guò)近年來(lái)的大量研究,4D打印目前仍然局限于形狀、結(jié)構(gòu)等幾何特征的變化,其潛力沒(méi)有被充分認(rèn)識(shí)、挖掘和利用... 

【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 選題背景與意義
    1.2 動(dòng)態(tài)生物材料
        1.2.1 生物材料的變色
        1.2.2 生物材料的變形
    1.3 變形-變色材料研究現(xiàn)狀
        1.3.1 傳統(tǒng)方式制造變形變色材料
        1.3.2 化學(xué)變色材料
        1.3.3 結(jié)構(gòu)變色材料
        1.3.4 存在的問(wèn)題
    1.4 4D打印研究現(xiàn)狀
        1.4.1 用于4D打印的3D打印方法
        1.4.2 形狀記憶聚合物的4D打印
        1.4.3 智能水凝膠的4D打印
        1.4.4 液晶彈性體的4D打印
        1.4.5 存在的局限
    1.5 本文研究思路及內(nèi)容
第2章 材料制備表征和打印工藝開(kāi)發(fā)
    2.1 材料的制備
    2.2 多材料熔融沉積成型(FDM)3D打印機(jī)開(kāi)發(fā)
        2.2.1 機(jī)械裝置的構(gòu)建
        2.2.2 軟件控制系統(tǒng)的構(gòu)建
    2.3 樣品表征
        2.3.1 熱機(jī)性能分析
        2.3.2 顏色變化分析
        2.3.3 樣件表面形貌與形狀記憶特性測(cè)試
        2.3.4 形狀記憶恢復(fù)力測(cè)試
    2.4 本章小結(jié)
第3章 工藝參數(shù)和編程條件對(duì)復(fù)合聚乳酸形狀記憶特性的影響
    3.1 復(fù)合聚乳酸的熱機(jī)性能分析
        3.1.1 差熱分析
        3.1.2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析
    3.2 復(fù)合聚乳酸的形狀記憶特性的量化表征
    3.3 形狀記憶特性影響因素的設(shè)計(jì)
        3.3.1 3D打印參數(shù)的設(shè)計(jì)
        3.3.2 形狀記憶編程及恢復(fù)條件的設(shè)計(jì)
    3.4 打印參數(shù)對(duì)形狀記憶特性的影響
        3.4.1 形狀記憶固定率、恢復(fù)率及恢復(fù)時(shí)間的研究
        3.4.2 打印參數(shù)對(duì)形狀記憶恢復(fù)力的影響
    3.5 形狀記憶編程及恢復(fù)條件對(duì)形狀記憶特性的影響
    3.6 本章小結(jié)
第4章 變形變色雙響應(yīng)4D打印
    4.1 變色4D打印研究
        4.1.1 復(fù)合聚乳酸樣件的變色表征
        4.1.2 變色機(jī)理分析
        4.1.3 變色4D打印
    4.2 變形變色雙響應(yīng)4D打印研究
        4.2.1 加熱介質(zhì)和打印高度對(duì)變色時(shí)間的影響
        4.2.2 形狀-顏色雙響應(yīng)的匹配性分析
        4.2.3 形狀-顏色雙響應(yīng)的耐久性分析
        4.2.4 變形變色雙響應(yīng)4D打印
    4.3 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
導(dǎo)師簡(jiǎn)介
作者簡(jiǎn)介及科研成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]電活性聚合物驅(qū)動(dòng)的仿生變色偽裝技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 李博,王延杰,趙鵬飛,劉磊,陳花玲.  科技導(dǎo)報(bào). 2018(21)
[2]3D打印聚乳酸材料的改性[J]. 范東風(fēng),費(fèi)旭,徐龍權(quán).  大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(03)
[3]4D打印-智能材料的增材制造技術(shù)[J]. 李滌塵,劉佳煜,王延杰,王永泉,王樹(shù)新.  機(jī)電工程技術(shù). 2014(05)
[4]一種可逆熱致變色材料的制備及微膠囊化研究[J]. 崔曉亮,張寶硯,孟凡寶,孟皓,夏炎.  合成樹(shù)脂及塑料. 2002(03)

博士論文
[1]仿生定向纖維增強(qiáng)材料磁組裝3D/4D打印及其性能研究[D]. 周雪莉.吉林大學(xué) 2019
[2]復(fù)雜組分梯度仿生3D打印系統(tǒng)及其3D/4D打印應(yīng)用研究[D]. 宋正義.吉林大學(xué) 2019

碩士論文
[1]基于FDM的PLA基多孔復(fù)合材料的制備與性能研究[D]. 范英姿.湖南大學(xué) 2018
[2]熱致變色復(fù)配物的配制及微膠囊化研究[D]. 王凱軍.蘇州大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3661408