一种石墨烯熔融沉积3d打印方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种石墨烯熔融沉积3D打印方法及应用，属于3D打印（增材制造）
技术领域。
【背景技术】
[0002] 3D打印，也称为增材制造，是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材 料来制造三维产品的技术。与传统制造技术相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制造 过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，因此，在生产上 可以实现结构优化、节约材料和节省能源。目前，3D打印技术常用于新产品开发、快速单件 及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料的制 造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程等。3D打印这种基于材料堆积法的高新制造技 术受到了国内外越来越广泛的关注，将促成一种新型的生产方式，具有广阔的发展前景。
[0003]在3D打印技术中，恪融沉积（FusedDepositionModeling，FDM)成型的机械结构 最简单，设计也最容易，制造成本和维护成本也最低，因此FDM也是当今世界上使用最广泛 的3D打印技术。目前，应用于FDM工艺的材料基本上是聚合物。成型材料一般为ABS、PLA、 ?八1(：、?￥4、??5?、石蜡等。聚合物的优点是熔点低、易成型，缺点是使用温度低，强度低。因 此，FDM3D打印技术目前主要是制作模型，难以用于制造实际承载件，更难以满足复杂条件 下的多功能需求。
[0004] 石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，它是已知的世上最薄、最 坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2. 3%的光；具有超高导热率，导热系数高 达5300WAm*K);石墨烯的电子运动速度达到了光速的1/300,远超过了电子在一般导体中 的运动速度；常温下其电子迀移率超过15000cmV(V?s)，达到硅材料的100倍；而电阻率 只约1(T8Q?m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料；石墨烯的硬度比金刚石还高，强 度比最好的钢铁还要高上100倍；它还具有优异防腐耐磨性，可以算是世上最轻薄的防腐 耐磨材料。根据石墨烯的上述特性，其可应用于各材料领域，满足各方面的多功能要求。但 是，由于目前制备的石墨烯片径太小，加上质量太轻，现有技术很难直接运用此种材料进行 成型制造，不能很好地满足工业化生产要求。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种石墨烯熔融沉积3D打印方法，获得高 强度、多功能的石墨烯熔融沉积3D打印产品，以更好地满足社会发展的需求。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0007] 一种石墨烯熔融沉积3D打印方法，包括以下步骤：第一步，将石墨烯微片与聚合 物混合制成含石墨烯的聚合物线材，线材中石墨烯的质量分数大于0小于等于68% ;第二 步，将所述含石墨烯的线材导入到熔融沉积3D打印机中，在所述打印机中将线材中的聚合 物加热融化而石墨烯微片不融化；第三步，石墨烯微片随熔融的聚合物通过所述打印机的 喷嘴挤出，层层堆积形成含石墨烯的产品坯型；还包括第四步和/或第五步和/或第六步： 第四步，采用包括溶剂溶解、加热或催化在内的方法将含石墨烯的产品坯型中的聚合物去 除，成为石墨烯熔融沉积3D打印坯件；第五步，将所述石墨烯3D打印坯件加热煅烧，使坯件 成为具有良好物理、化学和力学性能的石墨烯制品；第六步，根据需要，进行装配、连接、热 处理、表面处理等后续加工，获得石墨烯熔融沉积3D打印的产品。
[0008] 所述的石墨烯熔融沉积3D打印方法，所述单个石墨烯微片厚度方向上含石墨烯 的层数小于等于10层，其它方向上的最大尺寸小于等于500微米。
[0009] 所述的石墨烯熔融沉积3D打印方法，所述石墨烯优选为碳质量含量在99%以上 的高纯度石墨烯，或者根据实际需要，采用经过氧原子、氟原子或其它原子修饰的、含有羟 基、羧基、羰基和环氧基中的一种或几种官能团的石墨烯。
[0010] 权利要求1所述的石墨烯熔融沉积3D打印方法，所述石墨烯微片与聚合物均匀混 合，聚合物中根据需要加入各种添加剂，包括稳定剂、填充剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、固化 剂、阻燃剂、发泡剂。
[0011] 所述的石墨烯熔融沉积3D打印方法，所述含石墨烯的聚合物线材直径优选为 1. 75mm和3_，或者根据需要制作成其它直径大小的线材。
[0012] 所述的石墨烯熔融沉积3D打印方法，特征在于：所述聚合物优选为PVA、PLA、ABS、 PC、PA中的一种或几种组成的"合金"，也可以是其它一种聚合物或几种聚合物组成的"合 金"或混合物。
[0013] 所述的石墨烯熔融沉积3D打印方法的应用。
[0014]所述的石墨烯熔融沉积3D打印方法的应用，在聚合物中加入质量百分比小于等 于2%的石墨烯，应用所述的石墨烯熔融沉积3D打印方法的第一步至第三步，可以获得比 传统FDM3D打印更高强度的3D打印产品；当聚合物中加入石墨烯的质量百分比大于2% 时，应用权利要求1的第一步至第三步，可以获得比传统FDM3D打印更高强度、具有较强的 导电和导热性能、且具有防腐和耐磨能力的含石墨烯的聚合物3D打印模型、零部件或产 品；在聚合物中加入质量百分比大于5%的石墨烯，应用所述的石墨烯熔融沉积3D打印方 法的第一步至第六步，可以获得力学性能优异、高导电、高导热、防腐耐磨的高纯度石墨烯 3D打印模型、零部件或产品。
[0015] 所述的石墨烯熔融沉积3D打印方法的获得的产品，所述的产品包括但不限于采 用本发明获得的石墨烯3D打印模型、零部件或最终产品。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0017] 1)本发明将石墨烯引入到熔融沉积3D打印之中，可以获得多功能、高强度、物理 化学性能优异的石墨烯熔融沉积3D打印产品，既可以制作成工业用的模型、零部件或产 品，也可以制作成与人们衣、食、住、行息息相关的产品，如日用品、服装、饰品等，更好地满 足了多功能、高参数、复杂性、定制化的社会发展需求；
[0018] 2)本发明通过在聚合物中加入质量百分比小于等于2%的石墨烯，应用本发明的 第一步至第三步，可以获得比传统FDM3D打印更高强度的3D打印产品。当聚合物中加入石 墨烯的质量百分比大于2%时，