[發(fā)明專利]一種電場(chǎng)輔助連續(xù)面曝光3D打印有序復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110019175.7
• 申請(qǐng)日: 2021-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN112848304B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張廣明;周欣琪;李惠怡;周雁祥;宋伊凡;宋道森;蔣進(jìn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C64/314
• 分類號(hào): B29C64/314;B29C64/379;B29C64/264;B29C64/106;B29C64/295;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/10;B33Y40/20
• 代理公司: 鄭州意創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 41138
• 代理人: 張江森

1.一種電場(chǎng)輔助連續(xù)面曝光3D打印有序復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所使用的打印設(shè)備包括數(shù)字光處理模塊，漿料槽，打印平臺(tái)，高壓電源；所述數(shù)字光處理模塊按照打印模型分層切片形狀，以光束形式穿過復(fù)合透氧膜并投射到漿料中，所述打印平臺(tái)沿z軸方向逐漸上移，所述高壓電源置于漿料槽內(nèi)部?jī)蓚?cè)用于提高外加電場(chǎng)；步驟1：打印模型準(zhǔn)備首先將三維圖形以STL文件格式導(dǎo)入至切片軟件，在考慮打印時(shí)長(zhǎng)、材料可固化厚度、精度要求因素后，對(duì)模型進(jìn)行分層切片；然后將切片所得數(shù)據(jù)制作成視頻文件并導(dǎo)入至數(shù)字光處理模塊；步驟2：復(fù)合材料漿料制備將一定比例的樹脂與石墨烯進(jìn)行混合，再進(jìn)行真空除泡，得到所需的復(fù)合材料漿料；步驟3：電場(chǎng)輔助連續(xù)面曝光3D打印首先將打印平臺(tái)緩緩浸入漿料中，直至打印平臺(tái)與復(fù)合透氧膜的距離略大于成型件與打印窗口之間形成的不固化區(qū)域，即死區(qū)厚度；然后，根據(jù)需要在指定方向上利用高壓電源施加電場(chǎng)；緊接著數(shù)字光處理模塊將制備好的視頻圖像投影到漿料上的同時(shí)打印平臺(tái)以一定速度上升，此時(shí)，受到紫外光輻照后固化的成型件隨著打印平臺(tái)的上升而不斷上升，成型件上升留出的空隙也被四周的漿料迅速填充，整個(gè)過程一直處于連續(xù)狀態(tài)；最終視頻播放完成的同時(shí)，攜帶著有序排列石墨烯的復(fù)合材料成型件也被完整地從漿料中拖了出來；步驟4：打印后處理打印完成后，取下并清理成型件后進(jìn)行二次固化；

所述復(fù)合透氧膜為PDMS/SiO₂膜，所述復(fù)合透氧膜PDMS/SiO₂膜的制備方法包括以下步驟：

①取粒徑為200nm左右的球狀SiO₂顆粒與道康寧PDMS預(yù)混液，SiO₂質(zhì)量占比為10％-40％，以200r/min-300r/min攪拌2-5min；②將上述混合溶液放入超聲波清洗機(jī)中混合15-20min；③靜置冷卻后加入PDMS固化劑，固化劑與PDMS預(yù)混液質(zhì)量比為1/10-1/8，以200r/min-300r/min攪拌3-5min；④在0-8℃溫度中靜置12-24h，直至完全沒有氣泡；⑤利用數(shù)控雕刻機(jī)，以80-100℃的底板加熱、30-50Kpa的氣壓、320-400km/h將混合溶液打印成膜；⑥將打印所得膜置于干燥箱中干燥；⑦將完全固化的PDMS/SiO₂混合膜浸入裝滿SiO₂懸浮液的容器中，其中懸浮液中SiO₂粒徑為2-5μm，利用提拉機(jī)器以1-8mm/s勻速豎直向上提拉；⑧將上述復(fù)合膜置于200-250℃中加熱60-80h；⑨用旋涂機(jī)將光刻膠SU-8基環(huán)氧樹脂旋涂在復(fù)合膜表面SiO₂縫隙中，轉(zhuǎn)速2500-3500r/min、旋涂時(shí)間30-60s，再用有機(jī)溶劑清洗表面殘留的光刻膠；⑩用紫外固化燈對(duì)表面的光刻膠進(jìn)行固化，時(shí)間1-3min；將上述復(fù)合膜置于氫氟酸溶液中蝕刻5-15min去除表面SiO₂，用酒精徹底清洗，干燥箱干燥；最終所得的復(fù)合透氧膜厚度50-100μm，并且氧氣透過效率在50barrer以上，紫外光透過率不低于80％，強(qiáng)度不低于20kPa。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場(chǎng)輔助連續(xù)面曝光3D打印有序復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述數(shù)字光處理模塊，投射光波長(zhǎng)為405nm，光源最大功率800mW。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場(chǎng)輔助連續(xù)面曝光3D打印有序復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述樹脂與石墨烯進(jìn)行混合，所述混合為球磨混合，球磨參數(shù)為轉(zhuǎn)速為300-500r/min；時(shí)間為10-12h，真空除泡的時(shí)間為2h。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電場(chǎng)輔助連續(xù)面曝光3D打印有序復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述有序復(fù)合材料中石墨烯的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％-5％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場(chǎng)輔助連續(xù)面曝光3D打印有序復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，打印速度為10mm/h-100mm/h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場(chǎng)輔助連續(xù)面曝光3D打印有序復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，利用高壓電源施加直流電場(chǎng)，直流恒壓電源500V/cm，在微觀組織層面對(duì)材料中的石墨烯片的排列進(jìn)行無接觸式調(diào)整。