柔性各向异性软磁复合材料的磁辅助数字光处理4D打印

供稿人：韩宇、鲁中良
供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室　
来源：中国机械工程学会增材制造技术（3D打印）分会

柔性各向异性软磁复合材料（FASMC）能够在一个或多个特定方向上表现出优异的磁性，在微波吸收、软机器人和其他智能传感器/致动器的应用中显示出巨大的潜力。然而，由于铁颗粒增强复合材料的磁性能和可打印性需要权衡，使用增材制造技术打印FASMC具有挑战性。

近日，哈尔滨工位大学的Pan Wu等人开发了一种4D打印方案，使用由柔性丙烯酸树脂单体和软磁性铁颗粒组成的柔性软磁性光敏树脂。使用磁场辅助数字光处理（MF-DLP）制造了多个空间分辨率为~170μm的复杂结构。在印刷过程中施加了定向磁场，使FASMC能够制造出具有强各向异性磁性的FASMC，具有优异的拉伸强度和高达460%的伸长率，如图1所示。

图1 FASMC复合材料的可印刷性和机械性能

在外磁场下，通过一系列刺激响应测试，如大变形、抗偏转、受控运动、变刚度超材料和阵列组件，证明了FASMC样品的强各向异性磁性。如图2所示各图分别为：（a） 关于外部磁场的平行和垂直链配置示意图。（b） 为磁铁向下移动设置一个起始参考点，直到FASMC样品完全吸引。（c） 具有45wt.%CIP含量的FASMC样品的位移曲线，链平行于外部磁场。（d） 和（e）FASMC样本在平行和垂直配置下的刺激响应跳跃过程，垂直样本呈现翻转行为。（f） 不同CIP浓度样品的移动距离h。（g） 室温下的磁滞回线。（h） 不同CIP浓度样品的饱和磁化。（d）和（e）中的比例尺：5 mm。

图2 FASMC样本的刺激反应性跳跃行为

本研究证明了MF-DLP技术在FASMC制造中的可行性和潜力，为各向异性软磁材料的外场辅助增材制造提供了见解，可为下一代传感器和致动器的设计和制造提供参考。

参考文献：
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.