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)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　
來源：中國機(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等人開發(fā)了一種4D打印方案，使用由柔性丙烯酸樹脂單體和軟磁性鐵顆粒組成的柔性軟磁性光敏樹脂。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.