一种仿蝴蝶弧面柔性翅脉翅翼的制备方法及翅脉翅翼技术

本发明专利技术提供一种仿蝴蝶弧面柔性翅脉翅翼的制备方法包括：S1、制备PDMS内层模具；S2、制备PDMS顶层模具；S3、PDMS顶层模具和PDMS内层模具组装；S4、浇筑聚氨酯树脂；S5、将PDMS顶层模具和PDMS内层模具去除；聚氨酯树脂在PDMS内层模具的管道固化的部分，以及第一聚对二氯甲苯薄膜表面，覆盖第二聚对二氯甲苯薄膜，并加热至第一聚对二氯甲苯薄膜和第二聚对二氯甲苯薄膜粘合；将固体蜡底模去除，聚氨酯树脂在PDMS内层模具的管道固化的部分形成翅脉，第一聚对二氯甲苯薄膜和第二聚对二氯甲苯薄膜粘合形成翅翼，得到仿蝴蝶弧面柔性翅脉翅翼。本发明专利技术选用聚氨酯树脂作为支撑翅脉，在翅翼扑动时能够更好的模拟真实生物蝴蝶飞行时的翅翼柔性形变。柔性形变。柔性形变。

【技术实现步骤摘要】
一种仿蝴蝶弧面柔性翅脉翅翼的制备方法及翅脉翅翼


[0001]本专利技术涉及仿生扑翼飞行器
，特别是指尤其涉及一种仿蝴蝶弧面柔性翅脉翅翼的制备方法及翅脉翅翼。

技术介绍

[0002]仿生扑翼飞行器是一种通过模仿自然界中的鸟类昆虫等扑动翅翼产生升推力进行飞行的仿生飞行器，在大自然的长期演化过程中，众多飞行生物均进化出了扑动翅翼的飞行方式，并且许多的飞行生物都有着很高的飞行效率，可见扑翼飞行器相比旋翼和固定翼所具有的独特优势。不仅如此，扑翼飞行器由于其仿生性使得其在军事侦察等方面具有十分广阔的应用前景。
[0003]仿生扑翼飞行器相比传统的旋翼飞行器和固定翼飞行器在飞行机理分析上有更高的难度，其一原因是仿生扑翼飞行器具有更加复杂的空气动力学特性，还有一原因是自然界中飞行的鸟类昆虫等生物翅翼都有一定的柔性，并且翅翼柔性对扑翼飞行有着很大的影响，由于柔性形变的存在使得飞行生物的翅翼在一个周期内形状时刻都在发生变化。
[0004]相比鸟类等翅翼较窄且长的飞行生物的翅翼，自然界中生物蝴蝶翅翼要更宽，其的翅翼具有展弦比较小的特点，并且翅翼上分布着大大小小的翅脉结构，对翅翼起到支撑的作用的同时也控制着蝴蝶翅翼的柔性分布，影响着蝴蝶飞行过程中的生推力。
[0005]现有的仿蝴蝶扑翼飞行器如德国Festo的eMotionButterflies等，其翅翼尺寸与真实的生物蝴蝶相比具有明显的差别，并且其翅翼上并没有生物蝴蝶翅翼上所分布的翅脉，其柔性也很难与真实的生物蝴蝶相比，因此现有的仿蝴蝶扑翼机在翅翼方面的仿生性不高。
[0006]对于制造真实生物蝴蝶尺寸大小的翅翼，现有可选择的制作方式主要是：使用碳纤维材料制作支撑翅脉并使用塑料薄膜如PET材料的薄膜进行粘连覆膜，或者是使用3D打印技术直接打印出翅翼的支撑翅脉再进行覆膜，但是使用这两种方式制作出的仿生蝴蝶翅翼都存在着一定的问题。
[0007]一方面是这两种方法制作出的仿蝴蝶翅翼受限于材料方面的原因刚性都比较大，难以实现高柔性的生物蝴蝶翅翼在扇动翅翼时产生的柔性形变，也就导致使用这种翅翼进行飞行时难以模拟生物蝴蝶的飞行机理。
[0008]另一方面是使用碳纤维材料制作翅脉存在着制作难度较大的问题，而3D打印制造翅翼翅脉对打印机出料喷嘴的精细度有着比较高的要求，同时两种方式在制作完成翅脉后进行覆膜时存在精度问题，可能导致翅翼柔性出现偏差。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供了一种仿蝴蝶弧面柔性翅脉翅翼的制备方法及翅脉翅翼，以解决现有技术中仿蝴蝶扑翼飞行器的翅翼仿生度不高，仿生扑翼飞行器翅翼制作精度要求高，制作难度大，容易导致翅翼柔性出现偏差，难以实现高柔性的技术问题。
[0010]本专利技术提供的技术方案如下：
[0011]本专利技术的一个目的在于提供一种仿蝴蝶弧面柔性翅脉翅翼的制备方法，所述制备方法包括如下方法步骤：
[0012]S1、制备PDMS内层模具，包括：
[0013]蚀刻硅板，在所述硅板上形成硅板底模；在所述硅板底模内倒入经脱气处理的PDMS液体；
[0014]将压亚克力板覆盖在所述硅板底模，以及未凝固的液态PDMS的上方，并进行加热至PDMS液体固化；
[0015]将所述压亚克力板和所述硅板底模，与固化后的PDMS剥离，得到浇筑形成的PDMS内层模具，其中，所述PDMS内层模具包括管道，以及连通所述管道的进料口和排气口；
[0016]S2、制备PDMS顶层模具，包括：
[0017]在固体蜡表面加工成弯曲弧面形成固体蜡底模；将所述固体蜡底模置于方形槽中，将PDMS液体倒入所述方形槽中；
[0018]将所述压亚克力板覆盖在所述方形槽，以及未凝固的液态PDMS的上方，并进行加热至PDMS液体固化；
[0019]将固体蜡底模与固化后的PDMS剥离，得到PDMS顶层模具；
[0020]S3、所述PDMS顶层模具和所述PDMS内层模具组装，包括：
[0021]在所述固体蜡底模的弯曲弧面铺设一层第一聚对二氯甲苯薄膜，并在所述压亚克力板和所述PDMS顶层模具钻出加注通道和排气通道；
[0022]将所述PDMS顶层模具、所述PDMS内层模具，以及铺设所述第一聚对二氯甲苯薄膜的所述固体蜡底模，依次叠放组装在一起；
[0023]其中，所述进料口正对所述加注通道，所述排气口正对所述排气通道；
[0024]S4、浇筑聚氨酯树脂，包括：
[0025]聚氨酯树脂基材和固化液混合；在所述压亚克力板表面施加恒定压力，将聚氨酯树脂基材和固化液的混合液由所述加注通道注入，直至混合液充满所述PDMS内层模具的所述管道；静置至聚氨酯树脂固化；
[0026]S5、将所述压亚克力板、所述PDMS顶层模具和所述PDMS内层模具去除，剪裁掉聚氨酯树脂在所述加注通道和所述排气通道固化的部分；
[0027]使用氧等离子体处理聚氨酯树脂在所述PDMS内层模具的所述管道固化的部分，以及使用氧等离子体处理所述第一聚对二氯甲苯薄膜；
[0028]聚氨酯树脂在所述PDMS内层模具的所述管道固化的部分，以及所述第一聚对二氯甲苯薄膜表面，覆盖第二聚对二氯甲苯薄膜，并加热至所述第一聚对二氯甲苯薄膜和所述第二聚对二氯甲苯薄膜粘合；
[0029]将所述固体蜡底模去除，聚氨酯树脂在所述PDMS内层模具的所述管道固化的部分形成翅脉，所述第一聚对二氯甲苯薄膜和所述第二聚对二氯甲苯薄膜粘合形成翅翼，得到仿蝴蝶弧面柔性翅脉翅翼。
[0030]在一个较佳的实施例中，在步骤S1中，使用干法蚀刻的方式，利用电感耦合等离子体刻蚀机通入八氟环丁烷等离子体蚀刻所述硅板；
[0031]PDMS液体固化时，加热温度为80℃，加热时间为60分钟。
[0032]在一个较佳的实施例中，所述硅板的厚度至少大于500um。
[0033]在一个较佳的实施例中，在步骤S2中，使用数控铣床在固体蜡表面加工成弯曲弧面；
[0034]PDMS液体固化时，加热温度为80℃，加热时间为60分钟。
[0035]在一个较佳的实施例中，在步骤S3中，在所述固体蜡底模的弯曲弧面铺设的所述第一聚对二氯甲苯薄膜厚度为10um至30um，并且使用氧等离子体对所述第一聚对二氯甲苯薄膜处理30s。
[0036]在一个较佳的实施例中，在步骤S4中，聚氨酯树脂基材和固化液的混合液，充满所述PDMS内层模具的所述管道后，静置20min至聚氨酯树脂固化。
[0037]在一个较佳的实施例中，在步骤S4中，在所述压亚克力板表面施加恒定压力，单位面积上的压强至少为0.2Mpa。
[0038]在一个较佳的实施例中，在步骤S5中，使用氧等离子体处理聚氨酯树脂在所述PDMS内层模具的所述管道固化的部分30s，以及使用氧等离子体处理第一聚对二氯甲苯薄膜30s；
[0039]聚氨酯树脂在所述PDMS内层模具的所述管道固化的部分，以及所述第一聚对二氯甲苯薄膜表面，覆盖的所述第二聚对二氯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿蝴蝶弧面柔性翅脉翅翼的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下方法步骤：S1、制备PDMS内层模具，包括：蚀刻硅板，在所述硅板上形成硅板底模；在所述硅板底模内倒入经脱气处理的PDMS液体；将压亚克力板覆盖在所述硅板底模，以及未凝固的液态PDMS的上方，并进行加热至PDMS液体固化；将所述压亚克力板和所述硅板底模，与固化后的PDMS剥离，得到浇筑形成的PDMS内层模具，其中，所述PDMS内层模具包括管道，以及连通所述管道的进料口和排气口；S2、制备PDMS顶层模具，包括：在固体蜡表面加工成弯曲弧面形成固体蜡底模；将所述固体蜡底模置于方形槽中，将PDMS液体倒入所述方形槽中；将所述压亚克力板覆盖在所述方形槽，以及未凝固的液态PDMS的上方，并进行加热至PDMS液体固化；将固体蜡底模与固化后的PDMS剥离，得到PDMS顶层模具；S3、所述PDMS顶层模具和所述PDMS内层模具组装，包括：在所述固体蜡底模的弯曲弧面铺设一层第一聚对二氯甲苯薄膜，并在所述压亚克力板和所述PDMS顶层模具钻出加注通道和排气通道；将所述PDMS顶层模具、所述PDMS内层模具，以及铺设所述第一聚对二氯甲苯薄膜的所述固体蜡底模，依次叠放组装在一起；其中，所述进料口正对所述加注通道，所述排气口正对所述排气通道；S4、浇筑聚氨酯树脂，包括：聚氨酯树脂基材和固化液混合；在所述压亚克力板表面施加恒定压力，将聚氨酯树脂基材和固化液的混合液由所述加注通道注入，直至混合液充满所述PDMS内层模具的所述管道；静置至聚氨酯树脂固化；S5、将所述压亚克力板、所述PDMS顶层模具和所述PDMS内层模具去除，剪裁掉聚氨酯树脂在所述加注通道和所述排气通道固化的部分；使用氧等离子体处理聚氨酯树脂在所述PDMS内层模具的所述管道固化的部分，以及使用氧等离子体处理所述第一聚对二氯甲苯薄膜；聚氨酯树脂在所述PDMS内层模具的所述管道固化的部分，以及所述第一聚对二氯甲苯薄膜表面，覆盖第二聚对二氯甲苯薄膜，并加热至所述第一聚对二氯甲苯薄膜和所述第二聚对二氯甲苯薄膜粘合；将所述固体蜡底模去除，聚氨酯树脂在所述PDMS内层模具的所述管道固化的部分形成翅脉，所述第一聚对二氯甲苯薄膜和所述第二聚对二氯甲苯薄膜粘合形成翅翼，得到仿蝴蝶弧面...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海丰，黄志航，贺威，付强，张爽，何修宇，冯楠，李擎，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：