【技术实现步骤摘要】
本申请涉及3d打印的，特别是一种三维谐振结构电磁超材料及一体化制造方法。
技术介绍
1、低可探测技术，即通过各种不同的措施来降低己方目标的雷达可探测性技术。低可探测技术中最重要的现实方式是材料隐身技术。材料隐身是利用吸波材料吸收雷达电磁波，通过吸波材料将电磁波转化为其他形式能量，避免雷达检测到反射波从而实现雷达隐身。随着武器技术的进步，新型吸波材料需求强吸收、宽频带、轻质高强且具有良好的综合性能。
2、超材料是一种人工复合材料，它拥有天然材料所不具备的超常物理性质。近年来，超材料在隐身、电子对抗领域展现出巨大的应用潜力和发展空间。电磁超材料吸波体是由介电材料基体和嵌入其中的周期性导电材料组成的一类复合吸波材料。其中，谐振式电磁超材料使特定波段的电磁波在通过时产生谐振，导致电磁波以热能形式损耗掉，从而起到对特定波段的屏蔽作用。相比传统吸波材料，谐振式电磁超材料具有吸收强、质量轻、厚度低且电磁参数可灵活设计的多种优势。带有三维谐振结构的磁超材料，可以实现电磁波的宽角度吸收，有效增加电长度，降低谐振吸收频率，实现超材料吸波体的小型化。武器表面一体化和共形化是目前武器研制领域难点突破的重要解决方案，因此，一体化制备带有三维谐振结构的超材料吸波体在解决武器雷达隐身方面研究意义重大。
3、目前多采用多材料fdm挤出式打印机一体化制备带有三维结构的共形电磁超材料，但是多材料fdm打印方式有诸多限制：材料分辨率受限于喷嘴直径，难以成型精细结构；堆叠过程表面光滑度较差，且层间连通率难以保证；导电材料与介电材料交替堆叠，材料
技术实现思路
1、本申请提供一种三维谐振结构电磁超材料及一体化制造方法，使导体材料在电磁超材料内三维空间灵活排布，增加电长度，实现电磁超材料的小型化和宽角入射波的高效吸收具有重要意义。通过高分子材料逐层堆积的方法，制造电磁超材料的介电材料基体，堆积过程中激光诱导部分介电材料基体石墨烯化形成带有三维谐振结构的导电材料，最终成型具有高材料分辨率的三维谐振结构电磁超材料结构。解决三维谐振结构导电材料/介电材料一体化成型难题。实现电磁超材料吸波体的小型化，同时实现宽角入射波的高效吸收。
2、第一方面，提供了一种三维谐振结构电磁超材料，包括介电材料基体和嵌入其中的带有三维谐振结构的导电材料，介电材料基体是由高分子材料通过增材制造工艺层层堆叠成型，带有三维谐振结构的导电材料由相同的高分子材料通过激光诱导石墨烯化生成。
3、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述三维谐振结构的周期单元是由多个闭环异形面组合形成的圆环或晶格。
4、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，周期单元的水平尺寸为0.5～10mm，垂直高度为0.5～10mm，重复周期间隔为1～10mm。
5、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，晶格结构包括一个或多个平行的闭环结构，杆径为0.4mm～2mm，长径比为1～50，细杆与水平夹角为0～90°，材料最小间隙为0.2mm，晶胞尺寸为0.6～10mm。
6、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述高分子材料通过选择性激光烧结、选择性激光固化或选择性激光熔融中至少一种制造方式成型介电材料基体。
7、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述高分子材料为pegda、peek、pla、abs、pc、hdda、聚酰亚胺、改性聚酰亚胺、高分子包覆的金属材料中的一种或几种。
8、第二方面，提供了一种多重激光混合增材制造设备，包括进料缸、成型缸、铺料刮板、多重激光设备；
9、进料缸内配合有第一活塞板和第一螺杆，第一活塞板上方设置有高分子材料，第一活塞板下端连接第一螺杆，第一活塞板在第一螺杆的驱动下向上推出高分子材料；
10、成型缸内配合有第二活塞板和第二螺杆，第二活塞板的上方用于容纳半成品，第二活塞板下端连接第二螺杆，第二活塞板在第二螺杆的驱动下向上推出半成品；
11、铺料刮板用于沿着进料缸、成型缸所在直线方向滑动，从而将进料缸内的高分子材料刮至成型缸中的半成品上方；
12、多重激光设备处于成型缸垂直上方，多重激光设备包括第一激光器、第二激光器以及配套的振镜系统，第一激光器用于高分子材料的增材制造，进而形成如上述第一方面中的任意一种实现方式中所述的三维谐振结构电磁超材料的介电材料基体，第二激光器用于诱导高分子材料石墨烯化，进而形成所述三维谐振结构电磁超材料的导电材料，振镜系统位于激光器的下游光路上，振镜系统用于对第一激光器、第二激光器发射出的激光进行偏转，以使激光照射到第二活塞板上方的高分子材料上。
13、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，第一激光器为nd-yag激光器、半导体激光器或光纤激光器；第二激光器为co2激光器，第二激光器的功率为2～50w，扫描速度为100-400mm/s，光斑直径为50～200μm。
14、第三方面，提供了一种三维谐振结构电磁超材料的一体化制造方法，包括：
15、通过仿真软件，根据介电材料及导电材料的电磁性能计算不同晶格种类、杆径、电长度三维谐振结构的宽角入射波吸收率，得到宽角入射波吸收率最高的三维谐振结构；
16、根据宽角入射波吸收率最高的三维谐振结构生成电磁超材料的数字模型，并使用magics软件生成打印切片文件；
17、在如上述第二方面中的任意一种实现方式中所述的设备中的进料缸加满高分子材料，启动外部氮气源，启动电阻丝至预热温度；
18、第二活塞板下降，铺料刮板将高分子材料均匀铺展在成型缸；
19、第一激光器启动，选择性激光烧结成型缸内部分高分子材料，形成介电材料基体；
20、第二激光器启动，在无氧环境下选择性激光诱导部分介电材料基体直接、原位石墨烯化形成导电结构；
21、逐层选择性烧结、石墨烯化高分子材料直至模型打印完毕，得到含有三维谐振结构电磁超材料。
22、结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，激光诱导高分子石墨烯化与高分子增材制造同步进行。
23、与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：
24、设计灵活度高：本专利技术制备的导电材料为细杆组成的晶格构，摆脱了传统工艺的二维平面结构限制，通过提高材料长径比，大大增加了电长度，使谐振频率显著降低，从而实现了电磁超材料的小型化。同时晶格结构包括了不同方向的谐振结构使实现了宽角入射波的高效吸收。
25、导电材料的电磁性能可控：相比于传统工艺或者多材料增材制造工艺导电材料的电磁性能在整个材料内部一致。本专利技术名中导电材料通过激光诱导石墨烯化生成，通过调整激光诱导过程中高分子石墨烯化程度，可以生成不同电磁性能的导电材料，进而可以生成不同谐振频率的谐振结构，实现导电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维谐振结构电磁超材料，其特征在于，包括介电材料基体和嵌入其中的带有三维谐振结构的导电材料，介电材料基体是由高分子材料通过增材制造工艺层层堆叠成型，带有三维谐振结构的导电材料由相同的高分子材料通过激光诱导石墨烯化生成。
2.根据权利要求1所述的三维谐振结构电磁超材料，其特征在于，所述三维谐振结构的周期单元是由多个闭环异形面组合形成的圆环或晶格。
3.根据权利要求2所述的三维谐振结构电磁超材料，其特征在于，周期单元的水平尺寸为0.5～10mm，垂直高度为0.5～10mm，重复周期间隔为1～10mm。
4.根据权利要求2或3所述的三维谐振结构电磁超材料，其特征在于，晶格结构包括一个或多个平行的闭环结构，杆径为0.4mm～2mm，长径比为1～50，细杆与水平夹角为0～90°，材料最小间隙为0.2mm，晶胞尺寸为0.6～10mm。
5.根据权利要求1所述的三维谐振结构电磁超材料，其特征在于，所述高分子材料通过选择性激光烧结、选择性激光固化或选择性激光熔融中至少一种制造方式成型介电材料基体。
6.根据权利要求1所述的三维谐
7.一种多重激光混合增材制造设备，其特征在于，包括进料缸、成型缸、铺料刮板、多重激光设备；
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，第一激光器为Nd-YAG激光器、半导体激光器或光纤激光器；第二激光器为CO2激光器，第二激光器的功率为2～50W，扫描速度为100-400mm/s，光斑直径为50～200μm。
9.一种三维谐振结构电磁超材料的一体化制造方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，激光诱导高分子石墨烯化与高分子增材制造同步进行。
...【技术特征摘要】
1.一种三维谐振结构电磁超材料，其特征在于，包括介电材料基体和嵌入其中的带有三维谐振结构的导电材料，介电材料基体是由高分子材料通过增材制造工艺层层堆叠成型，带有三维谐振结构的导电材料由相同的高分子材料通过激光诱导石墨烯化生成。
2.根据权利要求1所述的三维谐振结构电磁超材料，其特征在于，所述三维谐振结构的周期单元是由多个闭环异形面组合形成的圆环或晶格。
3.根据权利要求2所述的三维谐振结构电磁超材料，其特征在于，周期单元的水平尺寸为0.5～10mm，垂直高度为0.5～10mm，重复周期间隔为1～10mm。
4.根据权利要求2或3所述的三维谐振结构电磁超材料，其特征在于，晶格结构包括一个或多个平行的闭环结构，杆径为0.4mm～2mm，长径比为1～50，细杆与水平夹角为0～90°，材料最小间隙为0.2mm，晶胞尺寸为0.6～10mm。
5.根据权利要求1所述的三维谐振结构电磁超材料，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，迟百宏，陆宽，程祥，李梦竹，耿新宇，李媛媛，李秉洋，李振，冯相超，刘梦月，贾怡，古月，
申请(专利权)人：中国航天科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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