CN112248446A - 一种基于3d打印技术的控制样品形变的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，对临时形变的3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，基于3D打印样品中导电连续纤维的形状记忆变形的特性，通过控制电流的大小和通电时长，使临时形变的3D打印样品发生形状恢复，可以根据需要控制3D打印样品形状恢复程度，恢复程度可控，恢复效果多样，控制3D打印样品恢复的过程中即实现了3D打印样品的动态形变过程，仅需要控制电流大小和通电时间即可，无需手动操作，更加智能。相较于将3D打印样品整体置于热环境中，直接采用油浴、水浴或者加热箱进行加热的方法，本发明所提供的方法可以控制记忆变形后的样品的形状恢复，从而实现动态形变，形变的动态变化过程的可控性好。

Description

一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法

本申请为申请号为201911280498.0，申请日为2019年12月13，发明创造名称为“一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明属于3D打印领域，更具体地，涉及一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法。

背景技术

3D打印技术是一种快速、方便、低成本的制造手段，同时可以不受制造工艺的限制，对复杂、难以用传统加工方法进行加工的样品进行加工，存在很高的应用价值。

熔融沉积技术是3D打印技术中使用最广泛的方法，此技术通过打印头挤出熔融的聚合物，层层铺叠，最终形成三维物体。通过调节打印过程中的打印参数，实现了打印过程中3D打印样品形状的可控，使得用户可以根据所需样品的形状、性能和功用更改打印参数，通过设计打印路径，轻松、快速的实现用户自定义的制造。

随着社会的发展，人类的生产需求也越来越高，设计制造出机-电-热一体化的功能调控材料已经成为航空航天、船舶制造等领域的迫切需求。现有的方法通常采用热致形状记忆聚合物来实现3D打印，热致形状记忆材料广泛应用于可控形变的部件，能够在加热后通过外力改变形状，并且在降温和撤去外力后固定这个临时形状，当再次加热后会恢复原始形状。其形状记忆效应与材料性能无关，主要受结构、形态以及加工、编程技术的影响。经过不断的研究进步，形状记忆材料的智能变形已经成为新的热点。

但热致形状记忆变形在实际应用中最大的不便之处就是加热方式，现有的形变控制方法通常将3D打印样品通过油浴、水浴或者加热箱进行加热，且需要将样品整体置于热环境中，无法进行局部加热，操作场地受限；另外对于高温聚合物，高温环境不容易实现，且在固定临时形状过程中由于环境温度过高，无法手动固定临时形状，直接采用上述方法使得形变的动态变化过程不可控。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，旨在解决现有技术由于将3D打印样品整体置于热环境中，直接采用油浴、水浴或者加热箱进行加热而导致的形变的动态变化过程不可控的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，包括以下步骤：

S1、对3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，产生高于3D打印样品中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度的温度，对3D打印样品进行加热；

S2、根据所需形变，在3D打印样品相应位置处施加作用力，使其产生相应的形变；

S3、停止通电，使3D打印样品的温度冷却到3D打印样品中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度以下，撤去所施加的相应作用力，样品会固定在受力时的形状，完成相应的形变；

其中，3D打印样品包括导电连续纤维和热致形状记忆聚合物，其中导电连续纤维表面包覆着热致形状记忆聚合物。

进一步优选地，上述3D打印样品在3D打印过程中，根据所需样品的可变性要求，确定导电连续纤维的位置、形状和密度分布，从而进一步确定导电连续纤维的打印路径，实现3D打印。

进一步优选地，上述3D打印样品在3D打印过程中，热致形状记忆聚合物和导电连续纤维分别进行打印，打印过程互不干扰，分别根据二者的打印路径以及预设好的打印速度、打印厚度、进给速度和温度打印出样品。

进一步优选地，3D打印样品中的导电连续纤维的位置和密度分布不同，产生的形变效果不同。

进一步优选地，上述导电连续纤维的形状为“S”型。

通过本发明第一方面所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明第一方面提供了一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，首先基于导电连续纤维的电热效应产生加热源，给3D打印样品提供发生形变的可控温度条件；然后在相应的位置施加相应的力，使样品发生形变；通过整体加热或局部加热，从而实现3D打印样品的整体或局部不同形状的变形，整个过程中，加热温度、施力位置、力的大小都是可控的，形变种类多。相较于将3D打印样品整体置于热环境中，采用油浴、水浴或者加热箱进行加热的方法，本发明所提供的方法可以在任意空间位置通电加热，便于手动控制形状记忆变形，形变的动态变化过程的可控性好。

2、本发明第一方面所提供的基于3D打印技术的控制样品形变的方法，在施加的作用力相同的情况下，不同的导电连续纤维的位置和密度分布使得3D打印样品各个部位受热的情况不同，分布有导电连续纤维以及导电连续纤维密度较大的部位温度较高，优先产生形变。故3D打印样品中的导电连续纤维的位置和密度分布不同，产生的形变效果也不同，通过控制3D打印样品中的导电连续纤维的位置和密度分布，可以实现3D打印样品形变的可控，可控性较好。

第二方面，本发明提供了一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，包括以下步骤：

S1、对3D打印样品进行加热，使其产生临时形变；

S2、对临时形变的3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，通过控制电流的大小和通电时长，使临时形变的3D打印样品发生不同程度的形状恢复，完成相应的形变；

其中，3D打印样品包括导电连续纤维和热致形状记忆聚合物，其中导电连续纤维表面包覆着热致形状记忆聚合物。

进一步优选地，上述3D打印样品在3D打印过程中，根据所需样品的可变性要求，确定导电连续纤维的位置和密度分布，从而进一步确定导电连续纤维的打印路径，实现3D打印。

进一步优选地，上述3D打印样品在3D打印过程中，热致形状记忆聚合物和导电连续纤维分别进行打印，打印过程互不干扰，分别根据二者的打印路径以及预设好的打印速度、打印厚度、进给速度和温度打印出样品。

进一步优选地，3D打印样品中的导电连续纤维的位置和密度分布不同，产生的形变效果不同。

进一步优选地，上述导电连续纤维的形状为“S”型。

通过本发明第二方面所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明第二方面提供了一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，对临时形变的3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，基于3D打印样品中导电连续纤维的形状记忆变形的特性，通过控制电流的大小和通电时长，使临时形变的3D打印样品发生形状恢复，可以根据需要控制3D打印样品形状恢复程度，恢复程度可控，恢复效果多样，控制3D打印样品恢复的过程中即实现了3D打印样品的动态形变过程，仅需要控制电流大小和通电时间即可，无需手动操作，更加智能。相较于将3D打印样品整体置于热环境中，直接采用油浴、水浴或者加热箱进行加热的方法，本发明所提供的方法可以控制记忆变形后的样品的形状恢复，从而实现动态形变，形变的动态变化过程的可控性好。

2、本发明第二方面所提供的基于3D打印技术的控制样品形变的方法，对于发生临时形变的3D打印样品，不同的导电连续纤维的位置和密度分布使得3D打印样品各个部位受热的情况不同，分布有导电连续纤维以及导电连续纤维密度较大的部位温度较高，优先进行形状恢复，通过控制3D打印样品中的导电连续纤维的位置和密度分布，可以实现3D打印样品形变的可控，可控性较好。

3、本发明第二方面所提供的基于3D打印技术的控制样品形变的方法，对3D打印样品中导电纤维采用不同大小的电流进行通电可以产生不同的温度，聚合物在不同温度下具有不同程度的形状恢复效果；同样的，对3D打印样品中导电纤维进行不同时长的通电，可以产生不同的温度，聚合物在不同温度下具有不同程度的形状恢复效果，可以控制样品的恢复变形，从而可以较为方便的控制样品的恢复变形。

4、本发明第二方面所提供的基于3D打印技术的控制样品形变的方法，在通电恢复原始形状时，可以对3D打印样品中导电连续纤维分步通电或局部通电，间接控制加热顺序和部位，从而实现有序的形状变形过程和控制变形产生部位。

附图说明

图1是本发明第一方面所提供的基于3D打印技术的控制样品形变的方法流程图；

图2是本发明实施例1所提供的控制均匀密度分布条件下导电连续纤维呈现不同位置分布的矩形薄片发生形变的示意图；其中，图(a)为原始矩形薄片的形状示意图；图(b)为均匀密度分布条件下矩形薄片中导电连续纤维呈现整体位置分布的示意图；图(c)为均匀密度分布条件下矩形薄片中导电连续纤维呈现局部位置分布的示意图；图(d)为均匀密度分布条件下矩形薄片中导电连续纤维呈现分段位置分布的示意图；图(e)为均匀密度分布条件下导电连续纤维呈现整体位置分布的矩形薄片的形变结果示意图；图(f)为均匀密度分布条件下导电连续纤维呈现局部位置分布的矩形薄片的形变结果示意图；图(g)为均匀密度分布条件下导电连续纤维呈现分段位置分布的矩形薄片的形变结果示意图；

图3是本发明第二方面所提供的基于3D打印技术的控制样品形变的方法流程图；

图4是本发明实施例2所提供的控制十字形薄片3D打印样品的形变过程示意图；其中，图(a)为本发明实施例1所提供的原始的十字形薄片3D打印样品示意图；图(b)是本发明实施例1所提供的十字形薄片3D打印样品的临时形变结果示意图；图(c)是本发明实施例1所提供的十字形薄片3D打印样品中枝片1和枝片3形变恢复后的形变结果示意图；图(d)是本发明实施例1所提供的十字形薄片3D打印样品中枝片2和枝片4形变恢复后的形变结果示意图；

图5是本发明实施例4所提供的整体位置分布条件下控制导电连续纤维呈现不同密度分布的矩形薄片发生形变的示意图；其中，图(a)为整体位置分布条件下矩形薄片中导电连续纤维呈现非均匀密度分布的示意图；图(b)-(d)分别为整体位置分布条件下导电连续纤维呈现非均匀密度分布的矩形薄片在不同通电时长条件下的形变结果示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、对3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，产生高于3D打印样品中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度的温度，对3D打印样品进行加热；

S2、根据所需形变，在3D打印样品相应位置处施加作用力，使其产生相应的形变；

S3、停止通电，使3D打印样品的温度冷却到3D打印样品中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度以下，撤去所施加的相应作用力，样品会固定在受力时的形状，完成相应的形变。具体的，上述施力位置、力的大小均可以人为控制的。

其中，3D打印样品包括导电连续纤维和热致形状记忆聚合物，其中导电连续纤维表面包覆着热致形状记忆聚合物。

优选地，上述3D打印样品在3D打印过程中，根据所需样品的可变性要求，确定导电连续纤维的位置、形状和密度分布，从而进一步确定导电连续纤维的打印路径，实现3D打印。上述3D打印样品在3D打印过程中，热致形状记忆聚合物和导电连续纤维分别进行打印，打印过程互不干扰，分别根据二者的打印路径以及预设好的打印速度、打印厚度、进给速度和温度打印3D打印样品。

优选地，3D打印样品中的导电连续纤维的位置和密度分布不同，产生的形变效果不同。具体的，在施加的作用力相同的情况下，不同的导电连续纤维的位置和密度分布使得3D打印样品各个部位受热的情况不同，分布有导电连续纤维以及导电连续纤维密度较大的部位温度较高，优先产生形变。

优选地，上述导电连续纤维的形状为“S”型。

为了进一步说明本发明第一方面所提出的基于3D打印技术的控制样品形变的方法，下面结合实施例进行详述：

实施例1、

在本实施例中，用户所需样品为如图2中的(a)图所示的矩形薄片，与此同时用户要求该矩形薄片能够实现不同程度弯曲和不同位置处的弯折变形。具体的，上述矩形薄片包括导电连续纤维和热致形状记忆聚合物，其中导电连续纤维表面包覆着热致形状记忆聚合物。

为了得到如图2中的(a)图所示的矩形薄片，首先根据所需样品的外形特征，确定热致形状记忆聚合物的打印路径；然后根据所需矩形薄片的可变性要求，确定其中导电连续纤维的位置、形状和密度分布，并进一步确定导电连续纤维的打印路径；具体的，本实施例中导电连续纤维各部分密度相同，且呈“S”形，但是其位置分布分别为整体分布、局部分布和多段分布三种。其中，整体分布如图2中的(b)图所示，“S”形的导电连续纤维均匀的分布于矩形样品中间层，均匀覆盖整个中间层；局部分布如图2中的(c)图所示，“S”形的导电连续纤维均匀分布于矩形样品中间层的中间部位；多段分布如图2中的(d)所示，“S”形的导电连续纤维分别均匀分布在矩形样品中间层的左、中、右部位上。最后，根据所得热致形状记忆聚合物和导电连续纤维的打印路径，打印3D打印样品；其中，热致形状记忆聚合物和导电连续纤维分别进行打印，打印过程互不干扰，同时能分别控制热致形状记忆聚合物和纤维的进给和后退，根据二者的打印路径以及预设好的打印速度、打印厚度、进给速度和温度打印3D打印样品。

按照用户要求，控制3D打印样品形变的方法，包括以下步骤：

S1、分别对导电连续纤维呈现不同位置分布的矩形薄片中的导电连续纤维进行通电，产生高于矩形薄片中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度的热度，对各矩形薄片进行加热；

S2、根据所需形变，分别在各矩形薄片相应位置处施加作用力，使其产生相应的形变；

具体的，对如图2中的(b)图所示的导电连续纤维整体分布的矩形薄片，在矩形薄片的两端同时施加相同大小的垂直向上的力，使矩形薄片整体弯曲变形，得到如图2中的(e)图所示的形变结果；

对如图2中的(c)图所示的导电连续纤维局部分布的矩形薄片，在矩形薄片的两端同时施加相同大小的垂直向上的力，使矩形薄片弯折变形，此时矩形薄片的折角仅一个，得到如图2中的(f)图所示的形变结果；

对如图2中的(d)图所示的导电连续纤维分段分布的矩形薄片，在矩形薄片的两端同时施加相同大小的垂直向上的力，使矩形薄片弯折变形，此时矩形薄片的折角有3个，得到如图2中的(g)图所示的形变结果；

S3、停止通电，使矩形薄片的温度冷却到矩形薄片中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度以下，撤去所施加的相应作用力，各矩形薄片会固定在受力时的形状，完成相应的形变。

由上可知，通过改变导电纤维在3D打印样品中的位置分布，可以控制样品的形状变形，实现热致形状记忆聚合物产生不同的形状变形效果。本发明所提供的方法可以通过利用导电连续纤维在热致形状记忆聚合物中不同的分布，实现在相同的初始形状、临时形状和通电条件下3D打印样品的不同形变，操作方便，可控性好。

第二方面，本发明提供了一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1、对3D打印样品进行加热，使其产生临时形变；

S2、对临时形变的3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，通过控制电流的大小和通电时长，使临时形变的3D打印样品发生不同程度的形状恢复，完成相应的形变。具体的，对3D打印样品中导电纤维采用不同大小的电流进行通电可以产生不同的温度，聚合物在不同温度下具有不同程度的形状恢复效果；同样的，对3D打印样品中导电纤维进行不同时长的通电，可以产生不同的温度，聚合物在不同温度下具有不同程度的形状恢复效果，可以控制样品的恢复变形，从而可以较为方便的控制样品的恢复变形。

其中，3D打印样品包括导电连续纤维和热致形状记忆聚合物，其中导电连续纤维表面包覆着热致形状记忆聚合物。

优选地，上述3D打印样品在3D打印过程中，根据所需样品的可变性要求，确定导电连续纤维的位置、形状和密度分布，从而进一步确定导电连续纤维的打印路径，实现3D打印。具体的，上述3D打印样品在3D打印过程中，热致形状记忆聚合物和导电连续纤维分别进行打印，打印过程互不干扰，分别根据二者的打印路径以及预设好的打印速度、打印厚度、进给速度和温度打印3D打印样品。

优选地，3D打印样品中的导电连续纤维的位置和密度分布不同，产生的形变效果不同。具体的，对于发生临时形变的3D打印样品，不同的导电连续纤维的位置和密度分布使得3D打印样品各个部位受热的情况不同，分布有导电连续纤维以及导电连续纤维密度较大的部位温度较高，优先进行形状恢复。

优选地，上述导电连续纤维的形状为“S”型。

为了进一步说明本发明第二方面所提出的基于3D打印技术的控制样品形变的方法，下面结合实施例进行详述：

实施例2、

在本实施例中，用户所需样品为十字形薄片，如图4中的(a)图所示，其包含有四个枝片，分别为枝片1、枝片2、枝片3、枝片4，用户要求在四个枝片产生弯曲后，四个枝片能按照一定顺序恢复原始形状。

具体的，上述十字形薄片3D打印样品包括导电连续纤维和热致形状记忆聚合物，其中导电连续纤维表面包覆着热致形状记忆聚合物。具体采用以下方法得到：首先根据所需样品的外形特征，确定热致形状记忆聚合物的打印路径；然后根据所需样品的可变性要求，确定导电连续纤维的位置和形态，并进一步确定导电连续纤维的打印路径；具体的，将导电连续纤维均匀分布于四个枝片，覆盖每个枝片，且各导电连续纤维均为均匀分布的“S”形，如图4中的(a)图所示。最后，根据所得热致形状记忆聚合物和导电连续纤维的打印路径，打印3D打印样品；其中，热致形状记忆聚合物和导电连续纤维分别打印，根据二者的打印路径以及预设好的打印速度、打印厚度、进给速度和温度打印3D打印样品，采用热致形状记忆聚合物和导电连续纤维进行3D打印的过程互不干扰。

按照用户要求，控制以上所得3D打印样品进行动态形变的方法，包括以下步骤：

S1、对十字形薄片3D打印样品进行加热，使其产生临时形变；

具体的，可以采用油浴、水浴或者加热箱进行加热的方法进行加热，使其产生临时形变；也可以采用本发明第一方面所提供的控制样品形变的方法使其产生临时形变。

本实施例采用第一方面所提供的控制样品形变的方法使其产生临时形变。首先对3D打印样品中四个枝片上的导电连续纤维进行通电，产生高于3D打印样品中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度的温度，对3D打印样品进行加热。然后，根据所需形变，对十字薄片的四个枝片的外端分别施加垂直向上的力，使四个枝片向上弯曲；最后，停止通电，使3D打印样品的温度冷却到3D打印样品中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度以下，撤去所施加的相应作用力，完成相应的形变，所得临时形变的十字形薄片3D打印样品如图4中的(b)图所示。

S2、对临时形变的十字形薄片3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，通过控制电流的大小和通电时长，使临时形变的3D打印样品发生形状恢复，完成相应的形变。

具体的，本实施例中，首先对枝片1和枝片3中的导电连续纤维，分别采用与形变过程中相同大小的电流进行通电，通电时间与形变过程中的通电时间相等，枝片1和枝片3被加热，温度高于其中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度，自动恢复回原本平展的形状，如图4中的(c)图所示。然后，对枝片2和枝片4中的导电连续纤维，分别采用与形变过程中相同大小的电流进行通电，通电时间与形变过程中的通电时间相等，枝片2和枝片4被加热，温度高于其中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度，自动恢复回原本平展的形状，如图4中的(d)图所示。

由上可知，本发明所提供的方法可以实现3D打印样品的动态形变，通过控制通电顺序、通电时长和电流大小，使3D打印样品按照所需进行动态恢复，操作方便，使得样品不再拘泥于一种形状以及形状记忆形变，形状更加灵活。

实施例3、

通过改变导电纤维在3D打印样品中的位置分布，可以控制样品的形状记忆变形。

首先分别对导电连续纤维呈现不同位置分布的矩形薄片中的导电连续纤维进行加热，使其产生临时形变，得到水平展开的矩形薄片。

本实施例中，对于形状如图2中(e)图所示的矩形薄片，同样采用本发明第一方面所提供的控制样品形变的方法使其产生临时形变。具体的，对导电连续纤维呈现不同分布的矩形薄片中的导电连续纤维进行通电，产生高于矩形薄片中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度的热度，对矩形薄片进行加热；其中，各矩形薄片的形状均如图2中的(e)图所示。根据所需形变，在各矩形薄片的两端分别施加相同的垂直向下的力，使矩形薄片变平展；停止通电，使矩形薄片的温度冷却到室温，撤去所施加的相应作用力，使各矩形薄片保持在平展的临时状态。

具体的，与实施例1相同，导电连续纤维各部分密度相同，且呈“S”形，但是其位置分布分别为整体分布、局部分布和多段分布三种。其中，整体分布的临时形变样品如图2中的(b)图所示，“S”形的导电连续纤维均匀的分布于矩形样品中间层，均匀覆盖整个中间层；局部分布的临时形变样品如图2中的(c)图所示，“S”形的导电连续纤维均匀分布于矩形样品中间层的中间部位；多段分布的临时形变样品如图2中的(d)所示，“S”形的导电连续纤维分别均匀分布在矩形样品中间层的左、中、右部位上。

然后对各临时形变的矩形薄片中的导电连续纤维进行通电，通过控制电流的大小和通电时长，使临时形变的3D打印样品发生形状恢复，完成相应的形变。

具体的，对各矩形薄片，分别采用与形变过程中相同大小的电流进行通电，通电时间与形变过程中的通电时间相等，使临时形变的3D打印样品发生形状恢复。

具体的，对于如图2中的(b)图所示的纤维整体分布的临时形变的矩形薄片，由于矩形薄片整体都被加热，在每一处都会产生弯曲恢复，最终恢复到整体弯曲的原始形状，得到如图2中(e)图所示的原始形状；

对如图2中的(c)图所示的导电连续纤维局部分布的临时形变的矩形薄片，由于矩形薄片只有中间部位被加热产生弯曲恢复，其余部分保留平展的临时形状，样品最终恢复到在中间部位弯折的新形状，如图2中的(f)图所示；

对如图2中的(d)图所示的导电连续纤维分段分布的临时形变的矩形薄片，由于矩形薄片中间和两端部位被加热产生弯曲恢复，其余部分保留平展的临时形状，样品最终恢复到在中间和两端部位弯折的另一新形状，如图2中(g)图所示。

由上可知，本发明通过对临时形变的3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，通过控制电流的大小和通电时长，使临时形变的3D打印样品发生形状恢复，完成相应的形变。并且3D打印样品中导电连续纤维的位置分布情况不同时，其恢复产生的形变效果也不同，通过改变导电连续纤维在3D打印样品中的分布，可以控制样品的形状记忆变形，操作方便，可控性好。

实施例4、

通过改变导电纤维在样品中的密度分布，可以控制样品的形状记忆变形，使得样品随通电时间的变长而逐步变形，样品的弯曲曲率呈梯度变化。

首先分别对导电连续纤维呈现不同密度分布的矩形薄片中的导电连续纤维进行加热，使其产生临时形变，得到水平展开的矩形薄片。

本实施例中，对于形状如图2中(e)图所示的矩形薄片，同样采用本发明第一方面所提供的控制样品形变的方法使其产生临时形变。对导电连续纤维呈现不同分布的矩形薄片中的导电连续纤维进行通电，产生高于矩形薄片中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度的热度，对矩形薄片进行加热；其中，各矩形薄片的形状均如图2中的(e)图所示。根据所需形变，在各矩形薄片的两端分别施加相同的垂直向下的力，使矩形薄片变平展；停止通电，使矩形薄片的温度冷却到室温，撤去所施加的相应作用力，使各矩形薄片保持在平展的临时状态。

具体的，根据所需样品的梯度变形要求，本实施中，导电连续纤维的位置分布为整体分布，使“S”形的导电连续纤维均匀的分布于矩形样品中间层，均匀覆盖整个中间层，但是，导电连续纤维的密度分布分别采用均匀分布和非均匀分布，其中，导电连续纤维均匀分布的临时形变的矩形薄片如图2中的(b)图所示，导电连续纤维非均匀分布的临时形变的矩形薄片如图5中的(a)图所示。

然后对各临时形变的矩形薄片中的导电连续纤维进行通电，通过控制电流的大小和通电时长，使临时形变的3D打印样品发生形状恢复，完成相应的形变。

具体的，对各矩形薄片，分别采用与形变过程中相同大小的电流进行通电，通电时间与形变过程中的通电时间相等，使临时形变的3D打印样品发生形状恢复。矩形薄片中纤维分布密集的部位产生的温度高，形状恢复程度高，纤维分布疏松的部位温度较低，形状恢复程度低，且分布密集的部位温度优先达到其中热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度以上，优先发生形变。

具体的，对于如图2中的(b)图所示的导电连续纤维均匀分布的临时形变的矩形薄片，由于每一处的温度都是均匀的，都会产生相同程度的弯曲恢复，恢复程度随时间的增长而增大，最终恢复到整体弯曲的原始形状，如图2中(e)图所示；

对于如图5中的(a)图所示的导电连续纤维非均匀分布的临时形变的矩形薄片，由于导电连续纤维的密度从左到右逐渐减小，越来越稀疏，故矩形薄片从左至右温度逐渐降低，刚开始时，左侧温度先达到热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度，开始产生微小的恢复变形，其余部分保留平展的临时形状，如图5中的(b)图所示；一段时间后，左侧温度升高形状恢复程度变大，同时样品中部达到热致形状记忆聚合物的玻璃化转变温度，开始产生微小恢复变形，如图5中的(c)图所示；最终，左侧温度升高形状恢复程度继续变大，并完全恢复原始形状，样品中部温度升高恢复程度变大，同时样品右侧达到温度，开始产生微小恢复变形，样品整体呈现曲率半径从左至右由大变小，如图5中的(d)图所示。从而实现原始弯曲形变的矩形薄片的一端不同程度弯曲形变。

由上可知，本发明所提供的方法可以通过利用导电连续纤维的不同密度分布，实现3D打印样品的逐步发生形变，实现样品的动态非均匀变形，且变形程度可通过通电时长控制，操作方便，可控性好。

需要说明的是，以上所述的各实施例中的导电连续纤维的形状不拘泥于“S”形，还可以是直线型，其效果与“S”型效果类似，这里不再做赘述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于3D打印技术的控制样品形变的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对3D打印样品进行加热，使其产生临时形变；

S2、对临时形变的3D打印样品中的导电连续纤维进行通电，通过控制电流的大小和通电时长，使临时形变的3D打印样品发生不同程度的形状恢复，完成相应的形变；

其中，3D打印样品包括导电连续纤维和热致形状记忆聚合物，其中导电连续纤维表面包覆着热致形状记忆聚合物。

2.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的控制样品形变的方法，其特征在于，所述3D打印样品在3D打印过程中，根据所需样品的可变性要求，确定导电连续纤维的位置和密度分布，从而进一步确定导电连续纤维的打印路径，实现3D打印。

3.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的控制样品形变的方法，其特征在于，所述3D打印样品在3D打印过程中，热致形状记忆聚合物和导电连续纤维分别进行打印，打印过程互不干扰，分别根据二者的打印路径以及预设好的打印速度、打印厚度、进给速度和温度打印出样品。

4.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的控制样品形变的方法，其特征在于，所述3D打印样品中的导电连续纤维的位置和密度分布不同，产生的形变效果不同。

5.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的控制样品形变的方法，其特征在于，所述导电连续纤维的形状为“S”型。

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