[發(fā)明專(zhuān)利]一種梯度聚合物復(fù)合材料3D打印方法及設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011226038.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112537031A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫靖堯;張曉文;張豪;李東泰;吳大鳴;莊儉;黃堯;許紅;劉穎
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B29C64/336
• 分類(lèi)號(hào): B29C64/336;B29C64/343;B29C64/314;B29C64/209;B29C64/245;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y40/10;B33Y50/02;B33Y70/10
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開(kāi)了一種梯度聚合物復(fù)合材料3D打印方法及設(shè)備，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)所打印材料混合比例的定量控制，和噴頭處復(fù)合材料填料濃度的快速切換，從而靈活、快速地實(shí)現(xiàn)濃度梯度可控的復(fù)合材料3D打印。其配套設(shè)備包括構(gòu)建在微流控芯片上的進(jìn)料流道、分料流道、混合流道和出料流道。各個(gè)進(jìn)料流道并列布置，聚合物基體和復(fù)合材料在混合流道內(nèi)充分混合，從單一出料流道流出，經(jīng)由噴頭擠出所述濃度梯度可控的聚合物復(fù)合材料，最后經(jīng)由打印平臺(tái)完成三維結(jié)構(gòu)的定型，最終獲得聚合物復(fù)合材料制品。利用該方法及設(shè)備加工得到的復(fù)合材料制品可以在柔性電極、傳感器、熱管理材料、承載材料、介電彈性體驅(qū)動(dòng)器、納米摩擦發(fā)電機(jī)等諸多領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚合物復(fù)合材料3D打印領(lǐng)域，特別是涉及一種濃度梯度可控的聚合物復(fù)合材料的3D打印機(jī)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，3D打印技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于汽車(chē)、建筑、醫(yī)療、生物等領(lǐng)域。但是由于打印方式和材料等方面的原因，3D打印技術(shù)并未廣泛應(yīng)用于國(guó)民生產(chǎn)生活中。

在現(xiàn)有技術(shù)中很難實(shí)現(xiàn)多組分多材料的3D打印，特別是含有填料相的復(fù)合材料。在現(xiàn)有技術(shù)下，通常采用多個(gè)打印噴頭分別打印不同的材料，對(duì)不同的材料進(jìn)行組裝得到濃度梯度可控的聚合物復(fù)合材料，從而形成完整的3D打印制品。CN201811587788.5公開(kāi)了一種梯度結(jié)構(gòu)聚合物納米復(fù)合材料及其制備方法。該制備方法，包括如下步驟：(1)采用改性的靜電紡絲法制備具有梯度結(jié)構(gòu)的復(fù)合無(wú)紡布；所述復(fù)合無(wú)紡布包括聚合物復(fù)合納米纖維和或聚合物納米纖維；所述的聚合物復(fù)合納米纖維以聚合物為主體纖維骨架，納米填料分散在所述主體纖維中；(2)對(duì)所述復(fù)合無(wú)紡布依次進(jìn)行熱壓和熱處理，即可得到所述梯度結(jié)構(gòu)聚合物納米復(fù)合材料。該方法實(shí)現(xiàn)了梯度結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備，納米填料在復(fù)合材料內(nèi)部連續(xù)梯度變化，且梯度方向可調(diào)，同時(shí)該梯度復(fù)合材料具有優(yōu)異的介電性能和極高的性能穩(wěn)定性。CN201811059823.6提出了一種利用3D打印形成梯度復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：提供聚乳酸粉末；將聚乳酸粉末溶于乙醇，并向其中加入甘油，超聲攪拌后干燥，得到改性聚乳酸粉末；提供醋酸纖維素粉末、短切碳纖維以及碳酸鈣晶須；將醋酸纖維素粉末、短切碳纖維以及碳酸鈣晶須放入硅烷偶聯(lián)劑的乙醇溶液，攪拌得到混合物III；以第一配比將混合物III與改性聚乳酸粉末混合，得到混合物IV；以第二配比將混合物III與改性聚乳酸粉末混合，得到混合物V；將混合物IV擠出成型，得到第一類(lèi)復(fù)合材料顆粒；將混合物V擠出成型，得到第二類(lèi)復(fù)合材料顆粒；將第一類(lèi)復(fù)合材料顆粒成型為梯度復(fù)合材料基體；以及將第二類(lèi)復(fù)合材料顆粒成型在梯度復(fù)合材料基體上以形成梯度復(fù)合材料。CN201520129215.3公開(kāi)了一種聚合物多組分梯度3D打印擠出裝置。其采用螺桿式擠噴裝置與柱塞式送料裝置相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的聚合物3D打印擠出裝置相比，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜組分制件的3D打印，可以很容易實(shí)現(xiàn)打印具有材料組分梯度的制件，甚至實(shí)現(xiàn)聚合物彩色3D打印；克服現(xiàn)有技術(shù)在多組分打印、梯度打印機(jī)彩色打印領(lǐng)域的缺陷。整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，使用效果理想。

復(fù)合材料3D打印，是快速成型技術(shù)的一種，可通過(guò)程序控制、逐層打印的方式構(gòu)造物體。復(fù)合材料3D打印是在復(fù)合材料加工制造過(guò)程中的重要方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種濃度梯度可控的聚合物復(fù)合材料3D打印機(jī)，能定量控制打印材料的混合比例，通過(guò)一些外接控制系統(tǒng)和微流控芯片，實(shí)現(xiàn)噴頭出口處復(fù)合材料填料濃度的快速改變，從而靈活、快速地實(shí)現(xiàn)濃度梯度可控的聚合物復(fù)合材料3D打印。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案：

一種梯度聚合物復(fù)合材料3D打印方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)所打印材料混合比例的定量控制，和噴頭處復(fù)合材料填料濃度的快速切換，從而靈活、快速地實(shí)現(xiàn)濃度梯度可控的復(fù)合材料3D打印。

為實(shí)現(xiàn)上述方法，其配套設(shè)備包括：

進(jìn)料裝置：包括進(jìn)料流道和分料流道。各個(gè)進(jìn)料流道并列布置，其中，進(jìn)料流道至少兩個(gè)，每個(gè)進(jìn)料流道均具有多條分料流道。