專(zhuān)利名稱(chēng)：制造基于形狀記憶聚合物的三維裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及基于形狀記憶聚合物制造三維的幾何復(fù)雜裝置的方法。
背景技術(shù)：
許多裝置是平面形式的，因?yàn)殡y于制造具有三維幾何復(fù)雜形狀的裝置。例如，在印刷電子裝置中，油墨層被逐層施加以形成電子裝置。但是，通常印刷方法僅可被施加至平面表面。由此，需要施加油墨或其他材料的裝置將會(huì)難于制成為三維幾何復(fù)雜形狀。

發(fā)明內(nèi)容
基于形狀記憶聚合物制造三維幾何復(fù)雜裝置的方法被提供。該方法包括選擇由形狀記憶聚合物組成的基底。填充材料被沉積在基底的平面表面中或其上，由此形成該裝置。 基底的平面表面可為基底的臨時(shí)或初始形狀。在沉積填充材料前，如果基底的初始形狀不具有平面表面，該基底被改變?yōu)榫哂衅矫姹砻娴牡谝恍螤?。該裝置被構(gòu)造為可熱-機(jī)械地調(diào)整以在一系列溫度變化和應(yīng)力下顯示多個(gè)幾何復(fù)雜形狀。在該制造后，基底的形狀變化能力允許該裝置被重新構(gòu)造為三維非平面或幾何復(fù)雜形狀。在一個(gè)實(shí)例中，基底由全氟磺酸離子聚合物組成，該離子聚合物具有聚四氟乙烯(PTFE)主鏈和全氟乙醚磺酸側(cè)鏈。在另一實(shí)例中，基底由環(huán)氧形狀記憶聚合物組成，該聚合物通過(guò)芳香族二環(huán)氧化物和脂肪族二環(huán)氧化物的混合物與多胺固化劑的反應(yīng)獲得。在一個(gè)實(shí)施例中，基底的初始形狀包括平面表面。在這種情況下，熱-機(jī)械地調(diào)整該裝置包括在第一應(yīng)力下加熱該裝置至第一溫度以產(chǎn)生第一幾何復(fù)雜形狀，以及在第一應(yīng)力下冷卻該裝置值第二溫度以固定該第一幾何復(fù)雜形狀。該裝置可被在第二應(yīng)力下變形和冷卻至第三溫度以產(chǎn)生第二幾何復(fù)雜形狀。該裝置可被在第三應(yīng)力下變形和冷卻至第四溫度以產(chǎn)生第三幾何復(fù)雜形狀。重新加熱該裝置至第三溫度允許第二幾何復(fù)雜形狀的恢復(fù)。重新加熱該裝置至第二溫度允許第一幾何復(fù)雜形狀的恢復(fù)。重新加熱該裝置至第一溫度允許初始幾何復(fù)雜形狀的恢復(fù)。在另一實(shí)施例中，基底的初始形狀不包括平面表面。在填充材料的沉積之前，具有初始形狀的基底被在第一應(yīng)力下加熱至第一溫度以產(chǎn)生具有平面表面的第一臨時(shí)形狀。還在填充材料的沉積之前，基底被在第一應(yīng)力下冷卻至第二溫度以固定第一臨時(shí)形狀。在填充材料在第一臨時(shí)形狀的平面表面上的沉積之后，重新加熱裝置值第一溫度允許初始形狀的恢復(fù)。在另一實(shí)施例中，基底可為雙向可逆形狀記憶聚合物，其可在恒定應(yīng)力下可逆地改變形狀。這里，通過(guò)在應(yīng)力下加熱至第一溫度，該裝置被熱-機(jī)械地調(diào)整，以產(chǎn)生第一幾何復(fù)雜形狀。該裝置被在相同應(yīng)力下冷卻至第二溫度，以產(chǎn)生第二幾何復(fù)雜形狀。該裝置被構(gòu)造為在相同應(yīng)力被保持的同時(shí)在第一和第二幾何復(fù)雜形狀之間可逆地循環(huán)。當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，從下面的用于執(zhí)行如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的一些最佳方式和其它實(shí)施例的具體描述可容易地明白本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)，以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖I是描述根據(jù)本公開(kāi)制造三維幾何復(fù)雜裝置的方法的示意性流程圖；圖2是圖I的方法的一部分的示意性分解視圖，示出了填充材料在具有第一形狀的基底中的沉積；圖3是圖I的方法的替換部分的示意性分解視圖，示出了填充材料在液體形式的基底中的沉積；圖4是根據(jù)本公開(kāi)的具有第二形狀的裝置的示意性平面視圖；圖5是根據(jù)本公開(kāi)的具有第三形狀的裝置的示意性平面視圖；圖6是根據(jù)本公開(kāi)的具有第四形狀的裝置的示意性平面視圖； 圖7是示出用于形成圖I的裝置的全氟磺酸離子聚合物(perfluorosulfonicacid ionomer)的四個(gè)形狀記憶循環(huán)的實(shí)例的圖表。應(yīng)變(%)，溫度(V )和應(yīng)力(MPa)分別被顯示于垂直軸線132/134和136上。時(shí)間(分鐘)被顯示于水平軸線130上且以分鐘計(jì)。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中在多個(gè)視圖中相似的附圖標(biāo)記指示相同或類(lèi)似的部件，圖I示出了制造裝置10 (如圖4-6所示)的方法100。裝置10被構(gòu)造為能被熱-機(jī)械地調(diào)整以顯示多個(gè)幾何復(fù)雜形狀。裝置10由基底12 (如圖2中所示)獲得，該基底由形狀記憶聚合物組成。本形狀記憶聚合物是一些材料，其可記憶一個(gè)或多個(gè)臨時(shí)形狀且在暴露于外部刺激(例如熱量)時(shí)最終恢復(fù)為初始(也稱(chēng)為常設(shè))形狀。在一些形狀記憶聚合物中，用于形狀改變的外部刺激可為電或磁場(chǎng)，或光。傳統(tǒng)的形狀記憶聚合物(SMP)在高溫(變形溫度，Td)時(shí)變形且變形的臨時(shí)形狀在冷卻時(shí)被固定。通常該變形溫度是高于聚合物組分的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)被加熱至恢復(fù)溫度(I；)時(shí)，臨時(shí)形狀恢復(fù)至初始形狀。在每個(gè)形狀記憶循環(huán)中包括總共兩個(gè)形狀，這種效應(yīng)被稱(chēng)為雙形狀記憶效應(yīng)(DSME),其中該兩個(gè)形狀包括變形臨時(shí)形狀和初始形狀。在數(shù)量上，該效應(yīng)基于臨時(shí)形狀的形狀固定的百分比(形狀固定率Rf，即保持的應(yīng)變和施加的應(yīng)變之間的比)和初始形狀的形狀恢復(fù)率(形狀恢復(fù)率，Rr)而被評(píng)估。在分子水平上，顯示DSME的材料通常具有用于固定初始形狀的物理或化學(xué)交聯(lián)機(jī)理和用于固定臨時(shí)形狀的可逆聚合物相變。在可逆相變溫度(或形狀記憶轉(zhuǎn)變溫度，Ttrans)之上，以形狀固定和恢復(fù)兩者的方式發(fā)生原型形狀記憶循環(huán)。與顯示雙形狀記憶效應(yīng)的聚合物材料相比，三形狀記憶效應(yīng)已在一些聚合物中觀察到。三形狀記憶效應(yīng)是指聚合物材料的一些組合利用聚合物組分中的附加可逆相變來(lái)記憶第二臨時(shí)形狀(涉及三個(gè)形狀)的能力。用于三形狀記憶聚合物的那些聚合物的基體(body of the polymer)中的兩個(gè)臨時(shí)形狀的固定(以及隨后的形狀恢復(fù))在存在于混合聚合物組分中的兩個(gè)轉(zhuǎn)變溫度之間或兩個(gè)轉(zhuǎn)變溫度之上被實(shí)現(xiàn)。參考圖1，在步驟102中，基底12 (如圖2中所示)被選擇為由形狀記憶聚合物組成。在步驟104中，基底12被轉(zhuǎn)變?yōu)檫m于沉積填充材料20的形狀，例如具有平面表面22的第一形狀14。如果基底12的初始形狀具有平面表面22，該步驟不被需要，如下所述。接著，在步驟106中，填充材料20被沉積在基底12的平面表面22上或其中，由此形成裝置
10。填充材料20可保持附連至基底12的平面表面22或可被嵌入基底12內(nèi)。參考圖2，步驟106的例子被示出。在該實(shí)例中，填充材料20例如單壁碳納米管或金屬油墨被涂覆至薄層或膜24上。金屬膜24例如鋁、銅或鈀可被使用。膜24被布置在基底12上。填充材料20可通過(guò)粘接劑間接地或直接地被結(jié)合至基底12。膜24然后利用適當(dāng)?shù)奈g刻劑而被去除，留下碳納米管或金屬油墨在基底12上。例如，如果膜24由金屬組成，酸溶劑可被用于溶解膜24。參考圖2，可選地，基底12可被 形成有至少一個(gè)空腔26用于接收填充材料20?？蛇x地，填充材料20可作為固體被嵌入基底12?？蛇x地，填充材料20可作為液體被沉積在基底12上且通過(guò)蒸發(fā)、熱固化或任意其他方法而被固化。填充材料20可為金屬油墨、非金屬油墨、有機(jī)半導(dǎo)體、非有機(jī)半導(dǎo)體、金屬導(dǎo)電顆粒、納米顆粒、納米管例如單壁碳納米管或任意其他材料。填充材料20可通過(guò)溶液印刷(solution printing)、真空印刷或其他合適的方法而被沉積。溶液印刷是指一些工藝，其中填充材料20被分散在載體介質(zhì)中且傳送或噴灑至基底12的選定區(qū)域。印刷方法例如噴墨、平板印刷、絲網(wǎng)印刷、凸版印刷、輪轉(zhuǎn)凹板印刷或其他合適的方法可被使用。在替換實(shí)施例中，在步驟104中，通過(guò)將基底12轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w形式，基底12被獲得適于填充材料20的沉積的形狀。參考圖3，液體形式的基底12被布置在貯存器或容器28中。在步驟106中，填充材料20被沉積在基底12中?；?2和填充材料20的組合然后被固化，形成裝置10 (如圖4-6所示)。該固化可通過(guò)熱固化、蒸發(fā)或任意合適的方法實(shí)現(xiàn)。參考圖1，在步驟108中，裝置10被熱-機(jī)械地調(diào)整以顯示多個(gè)幾何復(fù)雜形狀。裝置10被示出具有多個(gè)幾何復(fù)雜形狀，例如分別在圖4-6中的第二、第三和第四形狀30、32和34。第二、第三和第四形狀30、32和34僅是示例性的而非限制性的。裝置10可被熱-機(jī)械地調(diào)整以顯示非限制性的各種形狀，換句話說(shuō)，任意可能的形狀。本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識(shí)到轉(zhuǎn)移填充材料20至具有圖4-6中所示形式的裝置10的復(fù)雜性。這示出了本公開(kāi)在使用由形狀記憶聚合物組成的基底12的優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，基底12的初始形狀(例如圖2中所示的第一形狀14)包括平面表面22。在這種情況下，該基底具有初始形狀(例如第一形狀14)時(shí)，填充材料20被沉積在基底12中。這里，熱-機(jī)械地調(diào)整裝置10包括在第一應(yīng)力下加熱裝置10至第一溫度T1以產(chǎn)生第一幾何復(fù)雜形狀，例如圖4中所示的第二形狀30或任意其它幾何復(fù)雜形狀。裝置10被在第一應(yīng)力下冷卻至第二溫度T2以固定第一幾何復(fù)雜形狀或第二形狀30。裝置10可被在第二應(yīng)力下變形和冷卻至第三溫度T3以產(chǎn)生第二幾何復(fù)雜形狀，例如圖5中所示的第三形狀32或任意其它幾何復(fù)雜形狀。裝置10可被在第三應(yīng)力下變形和冷卻至第四溫度T4以產(chǎn)生第三幾何復(fù)雜形狀，例如圖6中所示的第四形狀34或任意其它幾何復(fù)雜形狀。為了恢復(fù)，具有第三幾何復(fù)雜形狀(例如第四形狀34)的裝置10被在沒(méi)有應(yīng)力時(shí)加熱至第三溫度1~3以產(chǎn)生恢復(fù)的第二幾何復(fù)雜形狀(例如第三形狀32)?；謴?fù)的第二幾何復(fù)雜形狀或第三形狀32保持穩(wěn)定直至溫度被進(jìn)一步增加至第二溫度T2,該第二溫度導(dǎo)致恢復(fù)的第一幾何復(fù)雜形狀(例如第二形狀30)?；謴?fù)的第一幾何復(fù)雜形狀(例如第二形狀30)保持穩(wěn)定直至溫度被進(jìn)一步增加至第一溫度T1，該第一溫度導(dǎo)致恢復(fù)的初始形狀(例如第一形狀14)。在另一實(shí)施例中，基底12的初始形狀(其可為任意形狀)不具有平面表面22 (圖2中所示)。在這種情況下，在填充材料20的沉積之前，具有初始形狀的基底12被在第一應(yīng)力下加熱至第一溫度T1以產(chǎn)生第一臨時(shí)形狀，例如圖2中所示的第一形狀14。基底12被在第一應(yīng)力下冷卻至第二溫度T2以固定第一臨時(shí)形狀(例如第一形狀14)。填充材料20被沉積在基底12的平面表面22上或其中，由此形成裝置10。當(dāng)在沒(méi)有應(yīng)力時(shí)加熱至第一溫度Tl時(shí)，初始形狀(不具有平面表面)被恢復(fù)。該裝置10可被進(jìn)一步熱-機(jī)械地調(diào)整不同臨時(shí)形狀，如上所述。更具體地，熱-機(jī)械地調(diào)整裝置10包括在第二應(yīng)力下變形并冷卻裝置10至第三溫度T3以產(chǎn)生第一幾何復(fù)雜形狀，例如圖4中所示的第二形狀30或任意其它幾何復(fù)雜形狀。裝置10可被在第三應(yīng)力下變形和冷卻至第四溫度T4以產(chǎn)生第二幾何復(fù)雜形狀，例如圖5中所示的第三形狀32或任意其它幾何復(fù)雜形狀。為了恢復(fù)，具有第二幾何復(fù)雜形狀(例如第三形狀32)的裝置10被在沒(méi)有應(yīng)力時(shí)加熱至第三溫度T3以產(chǎn)生恢復(fù)的第一幾何復(fù)雜形狀(例如第二形狀30)?；謴?fù)的第一幾何復(fù)雜形狀(例如第二形狀30)保持穩(wěn)定直至溫度被進(jìn)一步增加至第二溫度T2，該第二溫度導(dǎo)致恢復(fù)的第一臨時(shí)形狀(例如第一形狀14)?；謴?fù)的第一臨時(shí)形狀(例如第一形狀14)保持穩(wěn)定直至溫度被進(jìn)一步增加至第 一溫度T1，該第一溫度導(dǎo)致恢復(fù)的初始形狀。第一、第二和第三應(yīng)力可被均勻地施加至整個(gè)裝置10或局部地施加至裝置10的一部分。第一、第二和第三應(yīng)力可采取機(jī)械拉伸壓力或壓縮性壓力的形式。當(dāng)其經(jīng)過(guò)加熱、應(yīng)力下變形、冷卻和重新加熱的多次循環(huán)時(shí)，填充材料20可與基底12 —起變形。如果期望的話，填充材料20可被用作固體，該固體具有轉(zhuǎn)變溫度的范圍內(nèi)的熔點(diǎn)，從而其在各個(gè)循環(huán)期間熔化。依賴(lài)于具體應(yīng)用，填充材料20可被選擇為具有基底12的轉(zhuǎn)變溫度內(nèi)或外的熔點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，基底12可為聚合材料，其具有雙形狀記憶效應(yīng)且能記憶一個(gè)臨時(shí)形狀和在受到外部刺激(例如加熱(即溫度改變)、磁、光和濕氣)激活時(shí)恢復(fù)至初始形狀。例如，基底12可為環(huán)氧樹(shù)脂。在另一實(shí)施例中，基底12可為聚合材料，其具有三形狀記憶效應(yīng)且能記憶兩個(gè)臨時(shí)形狀和初始形狀。例如，基底12可為雙層聚合材料,其具有通過(guò)固化芳香族二環(huán)氧化物、脂肪族二環(huán)氧化物和固化劑的混合物而獲得的第一層；和通過(guò)固化具有不同混合比的相同混合物獲得的第二層。在一個(gè)實(shí)例中，芳香族二環(huán)氧化物是雙酌· A 二縮水甘油醚環(huán)氧樹(shù)脂單體(diglycidyl ether bisphenol Aepoxy monomer, EPON826,可從Hexion獲得)，脂肪族二環(huán)氧化物是新戍二醇二縮水甘油醚(neopentyl glycoldiglycidyl ether, NGDE,可從TCI America獲得)，且固化劑是聚丙二醇雙(2_氨基丙基)BKpoly (propylene glycol) bis (2-aminopropyl) ether)固化劑(Jeffamine D-230,可從Huntsman獲得)。在一個(gè)實(shí)例中，EPON 826被與NGDE和Jeffamine D-230以用于第一層的1.6:0. 4:1和用于第二層的0.8:1. 2:1的摩爾比混合。各層可通過(guò)在100攝氏度下加熱一小時(shí)而被固化。在另一實(shí)施例中，基底12可為雙向可逆形狀記憶聚合物，其可在恒定應(yīng)力下可逆地改變形狀。例如，基底12可通過(guò)熱固化乙烯-乙烯基醋酸酯共聚物(poly (ethylene-co-vinyl acetate))和過(guò)氧化二枯基(dicumyl peroxide)的混合物獲得?；?2還可為交聯(lián)聚(環(huán)辛烯XpolHcyclooctene))。在這種情況下，填充材料20被沉積在基底12中，此時(shí)該基底具有初始形狀，如第一形狀14 (如圖I中所示)。裝置10可通過(guò)在應(yīng)力或負(fù)載下加熱至第一溫度Tl和變形而被調(diào)整以獲得第一臨時(shí)形狀，例如圖4-6中所示的第二、第三和第四形狀30、32和34中的任一或任意其他幾何復(fù)雜形狀。裝置10然后可通過(guò)在相同應(yīng)力下冷卻至第二溫度T2以產(chǎn)生第二臨時(shí)形狀，例如圖4-6中所示的第二、第三和第四形狀30、32和34中的任一或任意其他幾何復(fù)雜形狀。在保持應(yīng)力的同時(shí)，通過(guò)改變溫度，裝置10可被可逆地在第一臨時(shí)形狀和第二臨時(shí)形狀之間循環(huán)。換句話說(shuō)，只要應(yīng)力被保持，裝置10可被加熱以獲得第一臨時(shí)形狀和被冷卻以獲得第二臨時(shí)形狀。當(dāng)應(yīng)力被去除時(shí)，裝置10回到初始形狀(例如第一形狀14)。在另一實(shí)施例中，基底12可為聚合材料，其具有四形狀記憶效應(yīng)且能記憶三個(gè)臨時(shí)形狀和初始形狀。例如，基底12可為熱塑性全氟磺酸離子聚合物，該離子聚合物具有聚四氟乙烯(PTFE)主鏈和全氟乙醚磺酸(perfluoroether sulfonic acid)側(cè)鏈
(NAFION )。全氟磺酸離子聚合物可從杜邦獲得。全氟磺酸離子聚合物是單層均質(zhì)材
料，其具有單一的寬玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變范圍，其結(jié)合雙-、三-和四-形狀記憶效應(yīng)。該轉(zhuǎn)變的范圍是從約55°c的第一轉(zhuǎn)變溫度至約130°c的第二轉(zhuǎn)變溫度。 圖7示出了對(duì)于裝置10的四形狀記憶效應(yīng)，該裝置10從全氟磺酸離子聚合物組成的基底12得到。時(shí)間被顯示于水平軸線130上且以分鐘計(jì)。應(yīng)變、溫度和應(yīng)力分別被顯示于垂直軸線132、134和136上。曲線的固定階段通過(guò)數(shù)字138示出且恢復(fù)階段通過(guò)數(shù)字140示出。溫度通過(guò)線150 (實(shí)線)示出且以攝氏單位計(jì)。應(yīng)力(MPa)通過(guò)線152 (虛線)示出且以兆帕斯卡計(jì)。應(yīng)變通過(guò)線154 (粗實(shí)線)示出且反映尺寸或大小相對(duì)于初始尺寸或大小的百分比變化。如圖7中所示，以初始(也稱(chēng)為常設(shè))形狀A(yù)開(kāi)始，離子聚合物在每個(gè)形狀記憶循環(huán)中可記憶三個(gè)臨時(shí)形狀B，C和D。參見(jiàn)曲線的固定階段138，具有初始形狀A(yù) (如156所示)的離子聚合物被首先加熱至140°C，然后受到相對(duì)低的O. 3MPa (如158所示)的應(yīng)力同時(shí)離子聚合物被以5°C /每分鐘冷卻至90°C時(shí)。具有約27%的應(yīng)變的第一臨時(shí)形狀B (以160示出)被在該溫度固定。約I. 5MPa的較大應(yīng)力(如162所示)被施加，同時(shí)離子聚合物被冷卻至約53°C以將離子聚合物固定為第二臨時(shí)形狀C (如164所示)。當(dāng)應(yīng)力被去除時(shí)，第二臨時(shí)形狀C中的應(yīng)變(相對(duì)于初始形狀)穩(wěn)定在約60%。約4. 3MPa的更大應(yīng)力(如166所示)被施加同時(shí)離子聚合物被冷卻至約20°C以將離子聚合物固定為第三臨時(shí)形狀D (如168所示)。當(dāng)應(yīng)力被去除時(shí)，第三臨時(shí)形狀D中的應(yīng)變穩(wěn)定在約120%。轉(zhuǎn)到曲線的恢復(fù)階段140，三次變形的離子聚合物(D)被加熱至約53°C以獲得恢復(fù)的第二臨時(shí)形狀C (如170所示)。當(dāng)具有恢復(fù)的第二臨時(shí)形狀C的離子聚合物被加熱至約90°C時(shí)，恢復(fù)的第一臨時(shí)形狀B (如172所示)被獲得。當(dāng)具有恢復(fù)的第一臨時(shí)形狀B的離子聚合物被加熱至約140°C時(shí)，恢復(fù)的初始形狀A(yù) (如174所示)被獲得。在圖7中，140°〇、901、531和20°C的第一、第二、第三和第四溫度1\、T2、T3、T4分別被使用。第一、第二、第三和第四溫度TpTyI^T4可被改變。第一、第二、第三和第四溫度(V T2, T3、T4)的其它實(shí)例包括(120°〇、901、551、20°0、(1101、851、551、15°0和(140°C、110°C、60°C、2(rC)。由全氟磺酸離子聚合物組成的基底12得到的裝置10具有在第一相對(duì)高溫和選定應(yīng)變水平時(shí)的初始形狀和在逐漸降低的溫度和不同應(yīng)變水平時(shí)的三個(gè)或更多個(gè)臨時(shí)形狀。裝置10可初始地在低于其最低應(yīng)變溫度的溫度下無(wú)限地以其第三臨時(shí)形狀D而被使用。當(dāng)裝置10經(jīng)歷增加的溫度(或其它合適的刺激)時(shí)，其相繼地從其第三臨時(shí)形狀D至其第二臨時(shí)形狀C、和從其第二臨時(shí)形狀C至其第一臨時(shí)形狀B、以及從其第一臨時(shí)形狀B至其初始形狀A(yù)轉(zhuǎn)變其形狀?？傊b置10適于寬范圍的應(yīng)用，因?yàn)槠?在彎曲、拉伸、壓縮和變形取向中提供有用的性質(zhì)和機(jī)械魯棒性。例如，裝置10可被用在便攜式消費(fèi)電子裝置中。裝置10可被用于電子和非電子應(yīng)用。雖然用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式已經(jīng)被詳細(xì)描述，與本 發(fā)明相關(guān)的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的執(zhí)行本發(fā)明的各種替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種制造三維裝置的方法，該方法包括 選擇由形狀記憶聚合物組成的基底； 如果基底的初始形狀不具有平面表面，將基底轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝恍螤?，該第一形狀具有平面表面? 沉積填充材料在基底的平面表面中或其上，由此形成該裝置；和 熱-機(jī)械地調(diào)整該裝置以顯示多個(gè)幾何復(fù)雜形狀。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括 在填充材料的沉積之前，在基底的平面表面中形成至少一個(gè)空腔，該空腔被構(gòu)造為接 收填充材料。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中基底的初始形狀具有平面表面，且其中熱-機(jī)械地調(diào)整所述裝置包括 在第一應(yīng)力下加熱所述裝置至第一溫度，以產(chǎn)生第一幾何復(fù)雜形狀；和 在第一應(yīng)力下冷卻所述裝置至第二溫度，以固定所述第一幾何復(fù)雜形狀。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中熱-機(jī)械地調(diào)整所述裝置包括 在第二應(yīng)力下變形和冷卻該裝置至第三溫度以產(chǎn)生第二幾何復(fù)雜形狀。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中熱-機(jī)械地調(diào)整所述裝置包括 在第三應(yīng)力下變形和冷卻該裝置至第四溫度以產(chǎn)生第三幾何復(fù)雜形狀； 重新加熱該裝置至第三溫度以恢復(fù)第二幾何復(fù)雜形狀； 重新加熱該裝置至第二溫度以恢復(fù)第一幾何復(fù)雜形狀；和 重新加熱該裝置至第一溫度以恢復(fù)初始形狀。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中轉(zhuǎn)變基底為第一形狀包括 在第一應(yīng)力下加熱具有初始形狀的基底至第一溫度，以產(chǎn)生第一形狀；和 在第一應(yīng)力下冷卻所述基底至第二溫度，以固定所述第一形狀。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中熱-機(jī)械地調(diào)整所述裝置包括 在第二應(yīng)力下變形和冷卻該裝置至第三溫度以產(chǎn)生第一幾何復(fù)雜形狀。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中熱-機(jī)械地調(diào)整所述裝置包括 在第三應(yīng)力下變形和冷卻該裝置至第四溫度以產(chǎn)生第二幾何復(fù)雜形狀； 重新加熱該裝置至第三溫度以恢復(fù)第一幾何復(fù)雜形狀； 重新加熱該裝置至第二溫度以恢復(fù)第一臨時(shí)形狀；和 重新加熱該裝置至第一溫度以恢復(fù)初始形狀。
9.一種制造三維裝置的方法，該方法包括 選擇由形狀記憶聚合物組成的基底； 轉(zhuǎn)變?cè)摶诪橐后w形式； 沉積填充材料在液體形式的基底中或其上，由此形成該裝置； 在填充材料的沉積之后固化所述裝置；和 熱-機(jī)械地調(diào)整該裝置以顯示多個(gè)幾何復(fù)雜形狀。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中形狀記憶聚合物為全氟磺酸離子聚合物，該離子聚合物具有聚四氟乙烯(PTFE )主鏈和全氟乙醚磺酸側(cè)鏈。
全文摘要
基于形狀記憶聚合物制造三維幾何復(fù)雜裝置的方法被提供。該方法包括選擇由形狀記憶聚合物組成的基底。填充材料被沉積在基底的平面表面中或其上，由此形成該裝置?；椎钠矫姹砻婵蔀榛椎呐R時(shí)或初始形狀。在沉積填充材料前，如果基底的初始形狀不具有平面表面，該基底被改變?yōu)榫哂衅矫姹砻娴牡谝恍螤?。該裝置被構(gòu)造為可熱-機(jī)械地調(diào)整以在一系列溫度變化和應(yīng)力下顯示多個(gè)幾何復(fù)雜形狀。
文檔編號(hào)B29C67/00GK102774008SQ20121013891
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者T.謝 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司