柔性各向異性軟磁復(fù)合材料的磁輔助數(shù)字光處理4D打印

供稿人：韓宇、魯中良
供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　
來(lái)源：中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)增材制造技術(shù)（3D打�。┓謺�(huì)

柔性各向異性軟磁復(fù)合材料（FASMC）能夠在一個(gè)或多個(gè)特定方向上表現(xiàn)出優(yōu)異的磁性，在微波吸收、軟機(jī)器人和其他智能傳感器/致動(dòng)器的應(yīng)用中顯示出巨大的潛力。然而，由于鐵顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的磁性能和可打印性需要權(quán)衡，使用增材制造技術(shù)打印FASMC具有挑戰(zhàn)性。

近日，哈爾濱工位大學(xué)的Pan Wu等人開(kāi)發(fā)了一種4D打印方案，使用由柔性丙烯酸樹(shù)脂單體和軟磁性鐵顆粒組成的柔性軟磁性光敏樹(shù)脂。使用磁場(chǎng)輔助數(shù)字光處理（MF-DLP）制造了多個(gè)空間分辨率為~170μm的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在印刷過(guò)程中施加了定向磁場(chǎng)，使FASMC能夠制造出具有強(qiáng)各向異性磁性的FASMC，具有優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度和高達(dá)460%的伸長(zhǎng)率，如圖1所示。

圖1 FASMC復(fù)合材料的可印刷性和機(jī)械性能

在外磁場(chǎng)下，通過(guò)一系列刺激響應(yīng)測(cè)試，如大變形、抗偏轉(zhuǎn)、受控運(yùn)動(dòng)、變剛度超材料和陣列組件，證明了FASMC樣品的強(qiáng)各向異性磁性。如圖2所示各圖分別為：（a） 關(guān)于外部磁場(chǎng)的平行和垂直鏈配置示意圖。（b） 為磁鐵向下移動(dòng)設(shè)置一個(gè)起始參考點(diǎn)，直到FASMC樣品完全吸引。（c） 具有45wt.%CIP含量的FASMC樣品的位移曲線，鏈平行于外部磁場(chǎng)。（d） 和（e）FASMC樣本在平行和垂直配置下的刺激響應(yīng)跳躍過(guò)程，垂直樣本呈現(xiàn)翻轉(zhuǎn)行為。（f） 不同CIP濃度樣品的移動(dòng)距離h。（g） 室溫下的磁滯回線。（h） 不同CIP濃度樣品的飽和磁化。（d）和（e）中的比例尺：5 mm。

圖2 FASMC樣本的刺激反應(yīng)性跳躍行為

本研究證明了MF-DLP技術(shù)在FASMC制造中的可行性和潛力，為各向異性軟磁材料的外場(chǎng)輔助增材制造提供了見(jiàn)解，可為下一代傳感器和致動(dòng)器的設(shè)計(jì)和制造提供參考。

參考文獻(xiàn)：
Wu, P., Yu, T. and Chen, M., 2023. Magnetically-assisted digital light processing 4D printing of flexible anisotropic soft-Magnetic composites. Virtual and Physical Prototyping, 18(1), p.e2244924.