本發(fā)明屬于功能材料，涉及機(jī)械工程、車輛工程和材料科學(xué)的交叉領(lǐng)域，尤其是一種仿蒲草葉結(jié)構(gòu)通電自恢復(fù)自變色汽車保險(xiǎn)杠及其4d打印方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前的保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)主要考慮到美觀性和行人安全，通常采用塑料材質(zhì)并噴涂一定顏色的染料，但這種設(shè)計(jì)在剮蹭或輕微碰撞后很難恢復(fù)，影響汽車的整體美觀，并且需要更換保險(xiǎn)杠外殼。因此需要保險(xiǎn)杠不僅具備自恢復(fù)能力，還要減少維修或更換的需求。

2、4d打印技術(shù)能夠在特定條件下（如溫度、壓力、電流或光照等）使材料發(fā)生預(yù)設(shè)的形狀變化或改變其物理性質(zhì)，如彈性、光學(xué)特性或電磁特性，開拓了其在生物醫(yī)療和軍事工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

3、目前仿生技術(shù)強(qiáng)調(diào)從自然界生物中汲取靈感，模仿其結(jié)構(gòu)和功能來解決工程問題,其中蒲草的結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)良的抗彎性能，可成為設(shè)計(jì)新型汽車保險(xiǎn)杠的靈感來源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種仿蒲草葉結(jié)構(gòu)通電自恢復(fù)自變色汽車保險(xiǎn)杠及其4d打印方法，目的是使保險(xiǎn)杠不僅具備自恢復(fù)能力，減少維修或更換的需求，還能通過溫度控制實(shí)現(xiàn)顏色變化，增強(qiáng)汽車外觀的動(dòng)態(tài)性和個(gè)性化，同時(shí)保留了對(duì)行人的安全考慮。

2、本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，包括保險(xiǎn)杠主體層、支撐層和導(dǎo)線，其中內(nèi)部支撐層采用仿蒲草葉結(jié)構(gòu)，包括葉片單元和葉脈單元，葉片單元內(nèi)部有多個(gè)橢圓鏤空，橢圓鏤空表面兩側(cè)分布葉脈單元，該葉脈單元是一種能夠通電自恢復(fù)的電阻絲，在通電后可驅(qū)動(dòng)變形區(qū)域的自恢復(fù)，導(dǎo)線位于保險(xiǎn)杠主體層中，包括正極連接端，相鄰的葉片單元內(nèi)的電阻絲通過嵌入保險(xiǎn)杠主體層內(nèi)部的導(dǎo)線依次相連，直至負(fù)極連接端。

3、所述葉片單元采用變色材料，在受力撞擊變形和區(qū)域恢復(fù)變形時(shí)可變色。

4、所述葉脈單元采用導(dǎo)電材料，是一種通電可恢復(fù)單元。

5、所述導(dǎo)線有與電源正極連接的正極連接端，與電源負(fù)極連接的負(fù)極連接端。

6、一種仿蒲草葉結(jié)構(gòu)通電自恢復(fù)自變色汽車保險(xiǎn)杠的4d打印方法，包括下列步驟：

7、s1，配制感溫可逆變色的4d打印材料，配置導(dǎo)電電感變形材料，首先，按比例將這兩種材料顆粒分別進(jìn)行干燥處理以確保質(zhì)量穩(wěn)定；然后，將它們分別放入球磨機(jī)中進(jìn)行充分混合，確保各成分均勻分散；混合完成后，取出混合物，分別通過雙螺桿擠出機(jī)制備出溫敏可逆變色和導(dǎo)電電感變形的4d打印材料絲材料；

8、s2，設(shè)計(jì)仿蒲草葉結(jié)構(gòu)自恢復(fù)自動(dòng)變色汽車保險(xiǎn)杠模型，采利用catia軟件對(duì)仿蒲草葉結(jié)構(gòu)自恢復(fù)自變色汽車保險(xiǎn)杠進(jìn)行設(shè)計(jì)和建模，確保保險(xiǎn)杠外形輪廓的準(zhǔn)確性和可行性，隨后利用閉合曲面完成汽車保險(xiǎn)杠模型的建模；

9、s3，對(duì)設(shè)計(jì)好的保險(xiǎn)杠模型進(jìn)行切片處理，并將其保存為stl格式，以便輸入到4d打印系統(tǒng)中進(jìn)行后續(xù)加工；

10、s4，啟動(dòng)異質(zhì)材料的熔絲沉積打印系統(tǒng)，分別采用溫敏可逆變色的4d打印材料以及導(dǎo)電電感變形材料的4d打印材料為原材料，將絲狀打印材料通過摩擦輪分別送入到打印機(jī)兩個(gè)噴頭中，將打印機(jī)兩個(gè)噴頭加熱至材料的熔融溫度以上，使融化的材料分別通過打印頭擠出，打印機(jī)噴頭將兩種4d打印材料分別按設(shè)定好的路線擠出；

11、s5，在完成一層之后，打印機(jī)噴頭向上移動(dòng)一定位移，繼續(xù)進(jìn)行下一層的打印，直至最終沉積形成實(shí)體模型；

12、s6，印好的實(shí)體經(jīng)冷卻硬化后，從打印平臺(tái)上取下，完成打印過程。

13、所述配制感溫可逆變色的4d打印材料，包括聚氨酯96~97份、聚二乙炔基復(fù)合材料2~3份，硬脂酰氨1~2份和聚乙酸蠟1~2份。

14、所述配置導(dǎo)電電感變形材料，包括導(dǎo)電pla85~91份和碳納米管9~15份。

15、所鋪設(shè)電阻絲的總電阻為r，保險(xiǎn)杠兩端電壓為u，受外力變形時(shí)的形變角度為δ，汽車保險(xiǎn)杠外殼初始溫度為t1，恢復(fù)所需時(shí)間為δt；

16、則通電δt后，保險(xiǎn)杠外殼獲得的能量為：

17、q=uiδt???????????????????????（1）

18、汽車保險(xiǎn)杠外殼質(zhì)量為m，比熱容為c，保險(xiǎn)杠外殼溫度的變化量δt為：

19、????????????????????????（2）

20、由(1)式得：

21、??????????????????????（3）

22、通電時(shí)間δt內(nèi)，保險(xiǎn)杠外殼形變?yōu)棣?，則對(duì)應(yīng)的恢復(fù)變形的平均速率為v為：

23、??????????????????????????????（4）。

24、本發(fā)明利用溫敏可逆變色的4d打印材料和可導(dǎo)電的4d打印材料，按照蒲草葉的仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保險(xiǎn)杠以提高保險(xiǎn)杠的抗彎性能。通過異質(zhì)材料的熔絲沉積打印技術(shù)將兩種材料成形，實(shí)現(xiàn)了保險(xiǎn)杠在受力變形后能夠自恢復(fù)原狀，并且可以通過調(diào)節(jié)溫度來改變保險(xiǎn)杠的顏色，增強(qiáng)了汽車的美觀性和實(shí)用性，同時(shí)減少了材料浪費(fèi)，擴(kuò)展了汽車保險(xiǎn)杠的使用環(huán)境。

25、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是旨在提高汽車保險(xiǎn)杠的性能和外觀特性，以滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)對(duì)高性能和多功能材料的需求。具體如下：

26、自恢復(fù)性：在受力變形后，保險(xiǎn)杠能夠通過通電方式迅速恢復(fù)至原始形態(tài)，提高了汽車的安全性。

27、自變色特性：采用溫敏可逆變色材料，保險(xiǎn)杠可以根據(jù)環(huán)境溫度或通電控制溫度的方式改變顏色，增強(qiáng)了汽車的美觀性。

28、仿生設(shè)計(jì)：模仿蒲草葉的結(jié)構(gòu)，提高了保險(xiǎn)杠的抗彎能力，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

29、節(jié)約材料：通過4d打印技術(shù)精確控制材料的使用，減少了材料浪費(fèi)，提高了生產(chǎn)效率。

技術(shù)特征：

1.一種仿蒲草葉結(jié)構(gòu)通電自恢復(fù)自變色汽車保險(xiǎn)杠，其特征在于：包括保險(xiǎn)杠主體層、支撐層和導(dǎo)線，其中內(nèi)部支撐層采用仿蒲草葉結(jié)構(gòu)，包括葉片單元和葉脈單元，葉片單元內(nèi)部有多個(gè)橢圓鏤空，橢圓鏤空表面兩側(cè)分布葉脈單元，該葉脈單元是一種能夠通電自恢復(fù)的電阻絲，在通電后可驅(qū)動(dòng)變形區(qū)域的自恢復(fù)，導(dǎo)線位于保險(xiǎn)杠主體層中，包括正極連接端，相鄰的葉片單元內(nèi)的電阻絲通過嵌入保險(xiǎn)杠主體層內(nèi)部的導(dǎo)線依次相連，直至負(fù)極連接端。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿蒲草葉結(jié)構(gòu)通電自恢復(fù)自變色汽車保險(xiǎn)杠，其特征在于：所述葉片單元采用變色材料，在受力撞擊變形和區(qū)域恢復(fù)變形時(shí)可變色。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿蒲草葉結(jié)構(gòu)通電自恢復(fù)自變色汽車保險(xiǎn)杠，其特征在于：所述葉脈單元采用導(dǎo)電材料，是一種通電可恢復(fù)單元。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿蒲草葉結(jié)構(gòu)通電自恢復(fù)自變色汽車保險(xiǎn)杠，其特征在于：所述導(dǎo)線有與電源正極連接的正極連接端，與電源負(fù)極連接的負(fù)極連接端。

5.如權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的仿蒲草葉結(jié)構(gòu)通電自恢復(fù)自變色汽車保險(xiǎn)杠的4d打印方法，其特征在于，包括下列步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿蒲草葉結(jié)構(gòu)通電自恢復(fù)自變色汽車保險(xiǎn)杠的4d打印方法，其特征在于：所述配制感溫可逆變色的4d打印材料，包括聚氨酯96~97份、聚二乙炔基復(fù)合材料2~3份，硬脂酰氨1~2份和聚乙酸蠟1~2份。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿蒲草葉結(jié)構(gòu)通電自恢復(fù)自變色汽車保險(xiǎn)杠的4d打印方法，其特征在于：所述配置導(dǎo)電電感變形材料，包括導(dǎo)電pla85~91份和碳納米管9~15份。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿蒲草葉結(jié)構(gòu)通電自恢復(fù)自變色汽車保險(xiǎn)杠的4d打印方法，其特征在于：所鋪設(shè)電阻絲的總電阻為r，保險(xiǎn)杠兩端電壓為u，受外力變形時(shí)的形變角度為δ，汽車保險(xiǎn)杠外殼初始溫度為t1，恢復(fù)所需時(shí)間為δt；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種仿蒲草葉結(jié)構(gòu)通電自恢復(fù)自變色汽車保險(xiǎn)杠及其4D打印方法，屬于機(jī)械工程、車輛工程和材料科學(xué)的交叉領(lǐng)域。內(nèi)部支撐層采用仿蒲草葉結(jié)構(gòu)，包括葉片單元和葉脈單元，葉片單元內(nèi)部有多個(gè)橢圓鏤空，橢圓鏤空表面兩側(cè)分布葉脈單元，該葉脈單元是一種能夠通電自恢復(fù)的電阻絲，導(dǎo)線位于保險(xiǎn)杠主體層中，相鄰的葉片單元內(nèi)的電阻絲通過嵌入保險(xiǎn)杠主體層內(nèi)部的導(dǎo)線依次相連。優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了保險(xiǎn)杠顏色的自適應(yīng)變化，這一特性不僅增強(qiáng)了汽車保險(xiǎn)杠的美觀性，而且通過其內(nèi)部導(dǎo)電性，實(shí)現(xiàn)了通過通電控制溫度進(jìn)而改變顏色的功能，不僅提高了汽車保險(xiǎn)杠的性能和外觀表現(xiàn)，還具有節(jié)約材料和提高生產(chǎn)效率的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)研發(fā)人員：張冰,羅宇成,強(qiáng)子哲,楊澤凌,魏衍兵,李桂偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：張冰
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14