(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210720045.0 (22)申请日 2022.06.23 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 田小永　吴玲玲　邢校菖　刘腾飞　 李涤尘　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 贺建斌 (51)Int.Cl. B29C 64/386(2017.01) B29C 64/393(2017.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 30/17(2020.01)B33Y 50/00(2015.01) B33Y 50/02(2015.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 113/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于连续纤维3D打印的可控传热超材 料的制备工艺 (57)摘要 一种基于连续纤维3D打印的传热可控超材 料的制备工艺， 先根据热学超材料的应用场景、 目标功能和热流调控区域的形状， 采用坐标变换 确定热学超 材料的导热系数分布图； 再根据组成 热学超材料的连续纤维和基底材料属性， 结合3D 打印机的成形精度， 对热学超材料的连续化导热 系数分布图做离散处理， 分别得到连续纤维轨迹 走向和连续纤维和基底材料配比， 即热学超材料 的三维模型； 最后将热学超材料的三维模型导入 3D打印机中， 采用连续纤维增强的复合材料3D打 印工艺， 实现对热学超材料的一体化制造； 本发 明一方面可以实现基于坐标变换的热学超材料 的快速制造， 另一方面也可以突破三维热学超材 料的难点， 推动热学超材料从理论探索走向工程 应用。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 115256946 A 2022.11.01 CN 115256946 A 1.一种基于连续纤维3D打印的传热可控超材料的制备工艺， 其特征在于， 包括以下步 骤： 1)根据热学超材料的应用场景、 目标功能和热流调控区域的形状， 采用坐标变换确定 热学超材料的导热系数分布图； 2)根据组成热学超材料的连续纤维(1)和基底材料(2)属性， 结合3D打印机的成形精 度， 对热学超 材料的连续化导热系数分布图做离散处理， 分别得到连续纤维(1)轨迹走向以 及连续纤维(1)和基底材 料(2)配比， 即热 学超材料的三维模型； 3)将步骤2)热学超材料的三维模型导入3D 打印机中， 采用连续纤维增强的复合材料3D 打印工艺， 实现对热 学超材料(3)的一体化制造 。 2.根据权利要求1所述的制备工艺， 其特 征在于， 所述的步骤1)中坐标变换 具体为： 首先建立变换 前虚拟空间坐标(r, θ,φ)与变换后物理 空间坐标(r ′, θ′,φ′)的关系: 其中， r和r'分别为某一点在变换前虚拟空间和变换后物理空间到原点的距离， θ和θ' 分别为该点在变换前虚拟空间和变换后物理空间到原点的连线与z轴之间的天顶角， 和 分别为该点在变换前虚拟空 间和变换后物理空间到原点的连线， 在xy平面的投影线， 与x 轴之间的方位角； 根据雅克比矩阵Λ， 建立虚拟空间和物理空间导热系数的变换矩阵， 最终得到物理空 间的导热系数矩阵κ ′： 构建好物理空间的导热参数后， 将其输入到COMSOL  Multiphysics软件中， 确定热学超 材料未离散前的连续 化导热系数分布图。 3.根据权利要求1所述的制备工艺， 其特征在于， 所述的步骤2)离散处理具体为： 离散 的方法为采用共形圆近似的方法， 将不同的区域用扇形小块来表征； 具体是首先将变换区 沿中心区域按角度分成40个扇形区域， 每个扇形区域的扇形角为9度； 然后对每个扇形区域 沿着轴向分割成20个子区域， 每个子区域代表一个离散单元； 最后将步骤1)中连续化的导 热系数离散赋值到每一个离散单元， 从而 得出连续纤维(1)轨迹走向及连续纤维(1)和基底 材料(2)配比。 4.根据权利要求1所述的制备工艺， 其特征在于： 所述的连续纤维(1)具有高导热系数， 包括碳纤维、 金属丝； 基底材料(2)具有低导热系数， 包括ABS、 尼龙、 PDMS、 PLA、 PEEK或PPS，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115256946 A 2具体根据实际应用需求分别选 定连续纤维(1)和基底材 料(2)。 5.根据权利要求1所述的制备工艺， 其特征在于， 通过控制3D打印的连续纤维路径， 实 现了具有指定导热系数分布图的热 学超材料的一体化、 轻量 化快速成型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115256946 A 3