柔性各向異性軟磁復合材料的磁輔助數(shù)字光處理4D打印

供稿人：韓宇、魯中良
供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室　
來源：中國機械工程學會增材制造技術（3D打印）分會

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

近日，哈爾濱工位大學的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。使用磁場輔助數(shù)字光處理（MF-DLP）制造了多個空間分辨率為~170μm的復雜結(jié)構(gòu)。在印刷過程中施加了定向磁場，使FASMC能夠制造出具有強各向異性磁性的FASMC，具有優(yōu)異的拉伸強度和高達460%的伸長率，如圖1所示。

圖1 FASMC復合材料的可印刷性和機械性能

在外磁場下，通過一系列刺激響應測試，如大變形、抗偏轉(zhuǎn)、受控運動、變剛度超材料和陣列組件，證明了FASMC樣品的強各向異性磁性。如圖2所示各圖分別為：（a） 關于外部磁場的平行和垂直鏈配置示意圖。（b） 為磁鐵向下移動設置一個起始參考點，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。（d） 和（e）FASMC樣本在平行和垂直配置下的刺激響應跳躍過程，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樣本的刺激反應性跳躍行為

本研究證明了MF-DLP技術在FASMC制造中的可行性和潛力，為各向異性軟磁材料的外場輔助增材制造提供了見解，可為下一代傳感器和致動器的設計和制造提供參考。

參考文獻：
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.