[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于激光誘導(dǎo)石墨烯的增材制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110209675.7
• 申請(qǐng)日: 2021-02-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113020618A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡耀武;劉勝;張臣;劉健;張嘯寒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B22F10/00
• 分類(lèi)號(hào): B22F10/00;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 汪瑋華

本發(fā)明提出一種基于激光誘導(dǎo)石墨烯的增材制造方法，包括如下步驟：(1)增材制造、(2)膠水涂覆、(3)膠水干燥、(4)激光誘導(dǎo)石墨烯以及(5)石墨烯濃度檢測(cè)五個(gè)主要步驟，循環(huán)執(zhí)行步驟(1)～(5)可以實(shí)現(xiàn)石墨烯納米復(fù)合材料的多層增材制造或者零部件的直接成型，本發(fā)明在提高石墨烯在金屬基體中的摻雜質(zhì)量和效率的同時(shí)，能夠簡(jiǎn)化增材制造石墨烯納米復(fù)合材料的制備流程，提高生產(chǎn)效率，有效提高材料的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光誘導(dǎo)石墨烯的增材制造方法。

背景技術(shù)

增材制造技術(shù)是區(qū)別于傳統(tǒng)的減材制造技術(shù)堆積制造技術(shù)，基于離散-堆積原理的增材制造技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)型復(fù)雜零件的直接成型零件以及受損零件的再制造。伴隨著激光增材技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，增材制造的材料也隨著直接成型零部件以及再制造修復(fù)的性能要求不斷拓展。其中，2D納米金屬?gòu)?fù)合材料兼具優(yōu)異的強(qiáng)度和塑性，能夠較好的滿(mǎn)足金屬結(jié)構(gòu)材料使用要求，在增材領(lǐng)域中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

目前，2D納米金屬?gòu)?fù)合材料中摻雜的2D改性劑通常為石墨烯。而在增材制造領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)2D石墨烯納米復(fù)合材料制備的方式主要為真空球磨或者濕化學(xué)混合。真空球磨的方式主要是通過(guò)將石墨烯粉末與金屬基體粉末通過(guò)真空球磨的方式實(shí)現(xiàn)石墨烯與金屬粉末的初步粘結(jié)，隨后利用粘結(jié)后的復(fù)合粉末執(zhí)行增材制造過(guò)程。然而，通過(guò)真空球磨制備復(fù)合粉末的耗時(shí)較長(zhǎng)，球磨時(shí)間難以精確把控。2D石墨烯較大的比表面積往往使其在球磨過(guò)程中團(tuán)聚在一起，導(dǎo)致復(fù)合粉末中的石墨烯分布不均勻，從而影響石墨烯增強(qiáng)金屬?gòu)?fù)合材料的性能。而濕化學(xué)混合的方法涉及到石墨烯分散-懸浮液攪動(dòng)混合-復(fù)合粉末干燥等多個(gè)流程，操作流程復(fù)雜，降低了增材制造金屬基納米復(fù)合材料的生產(chǎn)效率。因此，如何在增材制造金屬基石墨烯復(fù)合材料的過(guò)程中高效率、高質(zhì)量的引入石墨烯，仍是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種基于激光誘導(dǎo)石墨烯的增材制造方法，通過(guò)在增材制造過(guò)程中復(fù)合激光束輻射高分子薄膜制備石墨烯工藝的金屬基石墨烯納米復(fù)合材料，能夠?qū)崿F(xiàn)在提高石墨烯在金屬基體中的摻雜質(zhì)量和效率的同時(shí)，簡(jiǎn)化增材制造金屬基石墨烯納米復(fù)合材料的制備流程，提高生產(chǎn)效率。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種基于激光誘導(dǎo)石墨烯的增材制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1)增材制造；

S2)膠水涂覆：在已增材表面涂覆膠水；

S3)膠水干燥：利用熱量使得膠水干燥成膜；

S4)激光誘導(dǎo)石墨烯：石墨烯誘導(dǎo)激光束沿掃描路徑移動(dòng)，激光誘導(dǎo)石墨烯；

S5)檢測(cè)并控制產(chǎn)生的石墨烯的濃度；

S6)重復(fù)上述步驟S1～S5完成增材制造。

按上述技術(shù)方案，步驟S1中所述增材制造包括噴涂、固體粉末激光增材制造、液態(tài)3D打印。

按上述技術(shù)方案，步驟S2中所述膠水涂覆采用噴涂或刮抹或滴注的方式完成。

按上述技術(shù)方案，所述膠水為含富苯環(huán)的有機(jī)膠水。

按上述技術(shù)方案，步驟S3中所述熱量通過(guò)加熱裝置或已增材層的熱擴(kuò)散過(guò)程提供。

按上述技術(shù)方案，步驟S4中所述石墨烯誘導(dǎo)激光束的移動(dòng)通過(guò)移動(dòng)激光器或移動(dòng)工件平臺(tái)或采用振鏡實(shí)現(xiàn)。

按上述技術(shù)方案，步驟S5中包括如下內(nèi)容：在自然光環(huán)境下通過(guò)光譜儀檢測(cè)石墨烯的濃度，若濃度不滿(mǎn)足要求，通過(guò)調(diào)整石墨烯誘導(dǎo)激光束的功率或膠水涂覆量或重復(fù)步驟S2～S5的實(shí)施次數(shù)實(shí)現(xiàn)；若濃度滿(mǎn)足要求則完成增材制造。

按上述技術(shù)方案，所述石墨烯誘導(dǎo)激光束為不同波長(zhǎng)的CO₂激光或半導(dǎo)體激光。