粉末浆料及粉末浆料的固化方法与流程

本申请涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种粉末浆料及粉末浆料的固化方法。

背景技术：

基于粉末浆料的增材制造技术被广泛应用于航空航天、国防、能源、环境、汽车和生物医学等多个领域制造复杂结构零件，传统基于粉末浆料的增材制造方法(粉末烧结、干法成型、塑性成型和注浆成型等)，存在零件组织疏松、力学性能差、各向异性以及分层成型效率低等问题，目前，采用体制造技术可避免了传统增材制造分层效率低、各向异性等缺陷，但是，体制造技术多采用可见光对光固化树脂等低透明度材料进行固化，而可见光能量低、穿透性差难以对混有陶瓷或金属粉末的粉末浆料进行深部成型，进而导致粉末浆料固化成型精度较低。

而近红外光和放射线的穿透性增强，可以穿透陶瓷和部分金属的浆料，能够作为光固化树脂的固化光源应用于体成型技术中，但是难以找到合适的引发剂用于光固化，因此，可利用光谱转换粒子将短波短的发射线激发产生长波长的光，而光热转换粒子对辐射的能量具有良好的吸收能力以及光热转换效率，将吸收的光能转化为热能，从而促使引发剂引发用于光固化。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种粉末浆料及粉末浆料的固化方法，旨在解决粉末浆料固化成型精度低的技术问题。

为实现上述目的，本申请实施例提供一种粉末浆料，所述粉末浆料包括树脂、光谱转换粒子、光热转换粒子、引发剂、粉末及分散剂，

其中，所述光谱转换粒子的用量为所述树脂质量的0%-30%；

所述光热转换粒子的用量为所述树脂质量的1%-40%；

所述引发剂的用量为所述树脂质量的1%-30%；

所述粉末的用量为树脂质量的0%-50%；

所述分散剂的用量为树脂质量的0%-10%。

可选地，所述树脂为环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂以及硅树脂及芳族杂环树脂中的一种或多种。

可选地，所述光谱转换粒子为gd3ga5o12:cr.ce、(y,gd)2o3:eu,pr(ygo)、gd2o2s:pr（ce,f）、(c8h17nh3)2snbr4、y1.34gd0.6eu0.06o3中的一种或多种。

可选地，所述光热转换粒子为ti3c2、mo2c、ta4c3、nb4c3、v4c3、金纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、碳点和纳米钻石、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、cu2-xs、cu2-xse、cu2-xte中的一种或多种。

可选地，所述引发剂为聚琉醇型、多异氰酸酯型、脂肪族多胺、脂环族多胺、低分子聚酰胺、改性芳胺、脂环族多胺、叔胺、眯唑类以及三氟化硼络合物中的一种或多种。

可选地，所述粉末为金属粉末和陶瓷粉末中的一种或多种。

可选地，所述分散剂为硅烷偶联剂、聚乙烯吡咯烷酮乙二醇、kos110、kos163的一种或多种，

其中，所述硅烷偶联剂为kh550、kh560、kh570和kh792中的一种或多种。

可选地，所述金属粉末为钛粉末、钛合金粉末、钽粉末、不锈钢粉末、铜粉末、银粉末、fesial粉末、铌粉末、铝粉末、铁粉末、镍粉末、铬粉末、钨粉末或锆粉末或镍铬合金粉末中的一种或多种，所述陶瓷粉末为hfb2、zrb2、tab2、tib2、crb2、yb4、sic、bc、zrc、tac、hfc、si3n4、bn、hfn、tin、长石、石英、粘土、高龄土、绢云母、滑石、石灰、al2o3、beo、zro2、mgo、cao、hfo2、y2o3、mgo、sio2、ta2o5、zno、bao或cr2o3中的一种或多种。

此外，为实现上述目的，本申请还提供一种粉末浆料的固化方法，应用于权利要求1所述的粉末浆料，所述固化方法的步骤包括：

称取预设质量的树脂、光谱转换粒子、光热转换粒子、引发剂、粉末及分散剂，获得混合浆料；

通过球磨机对所述混合浆料进行球磨，获得所述粉末浆料。

通过预设波长的光照射所述粉末浆料，其中，所述预设波长为0.001nm-10nm、760nm-1mm的一种或多种。

可选地，所述球磨机的球磨速度为10rpm-600rpm，球磨时间大于30min。

本申请实施例提供一种粉末浆料及粉末浆料的固化方法，也即，所述粉末浆料包括树脂、光谱转换粒子、光热转换粒子、引发剂、粉末及分散剂，所述粉末浆料的固化方法包括称取预设质量的树脂、光谱转换粒子、光热转换粒子、引发剂、粉末及分散剂，获得混合浆料，通过球磨机对所述混合浆料进行球磨，获得所述粉末浆料，通过预设波长的光照射所述粉末浆料，其中，所述预设波长为0.001nm-10nm、760nm-1mm的一种或多种，实现基于所述光谱转换粒子与所述光热转换粒子，可直接利用近红外光和放射线固化所述粉末浆料，增加了穿透深度，克服了现有技术中因可见光或紫外光穿透性差，不能对混有陶瓷或金属粉末的浆料进行深部成型的技术缺陷，提高增材制造的效率，同时也提高了粉末浆料固化成型精准。

附图说明

图1为本申请中粉末浆料的固化方法的流程示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提出一种粉末浆料，所述粉末浆料包括树脂、光谱转换粒子、光热转换粒子、引发剂、粉末及分散剂。

需要说明的是，本申请提出的树脂为环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂以及硅树脂及芳族杂环树脂中的一种或多种，其中，所述树脂能够在预设波长的光的照射下进行固化。

进一步需要说明的是，本申请提出的光谱转换粒子为gd3ga5o12:cr.ce、(y,gd)2o3:eu,pr(ygo)、gd2o2s:pr（ce,f）、(c8h17nh3)2snbr4、y1.34gd0.6eu0.06o3中的一种或多种，其中，所述光谱转换粒子为用于吸收高能量短波长放射线激发产生长波长光的粒子。

进一步需要说明的是，本申请提出的光热转换粒子ti3c2、mo2c、ta4c3、nb4c3、v4c3、金纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、碳点和纳米钻石、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、cu2-xs、cu2-xse、cu2-xte中的一种或多种，其中，所述光热转换粒子为具有良好的光热转换效率的粒子，另外地，所述光热转换粒子对辐射具有良好的吸收能力，吸收相应长波长的光，进而将吸收的光转化为热能，进而向周围环境辐射能量，辐射的能量能够达到所述树脂的临界固化能量，从而促使引发剂引发所述粉末浆料进行固化。

进一步需要说明的是，本申请提出的引发剂为聚琉醇型、多异氰酸酯型、脂肪族多胺、脂环族多胺、低分子聚酰胺、改性芳胺、脂环族多胺、叔胺、眯唑类以及三氟化硼络合物中的一种或多种，其中，所述引发剂用于引发所述粉末浆料进行固化，当光固化对应的能量达到所述引发剂进行引发所需的能量时，会引发所述粉末浆料进行固化。

进一步需要说明的是，本申请提出的粉末为金属粉末和陶瓷粉末的一种或多种，其中，所述金属粉末为钛粉末、钛合金粉末、钽粉末、不锈钢粉末、铜粉末、银粉末、fesial粉末、铌粉末、铝粉末、铁粉末、镍粉末、铬粉末、钨粉末或锆粉末或镍铬合金粉末中的一种或多种；所述陶瓷粉末为hfb2、zrb2、tab2、tib2、crb2、yb4、sic、bc、zrc、tac、hfc、si3n4、bn、hfn、tin、长石、石英、粘土、高龄土、绢云母、滑石、石灰、al2o3、beo、zro2、mgo、cao、hfo2、y2o3、mgo、sio2、ta2o5、zno、bao或cr2o3中的一种或多种。

进一步需要说明的是，本申请提出的分散剂为硅烷偶联剂、聚乙烯吡咯烷酮乙二醇、kos110、kos163的一种或多种，其中，所述硅烷偶联剂为kh550、kh560、kh570和kh792中的一种或多种，进一步地，所述分散剂能够使所述陶瓷粉末和所述金属粉末分散的更加均匀。

本申请提出了一种粉末浆料，所述粉末浆料包括树脂、光谱转换粒子、光热转换粒子、引发剂、粉末及分散剂，基于所述粉末浆料，使得直接利用近红外光和放射线固化所述粉末浆料，增加了穿透深度，为克服现有技术中因可见光或紫外光穿透性差，不能对混有陶瓷或金属粉末的浆料进行深部成型的技术缺陷奠定了基础。

本申请还提出一种粉末浆料的固化方法，参考图1，图1为本申请提出的粉末浆料的固化方法的流程示意图。

所述粉末浆料的固化方法包括以下步骤：

步骤s10,称取预设质量的树脂、光谱转换粒子、光热转换粒子、引发剂、粉末及分散剂，获得混合浆料；

在本实施例中，称取预设质量的树脂、光谱转换粒子、光热转换粒子、引发剂、粉末及分散剂，获得混合浆料，具体地，按照预设质量比例关系，称取所述树脂、所述光谱转换粒子、所述光热转换粒子、所述引发剂、所述粉末及所述分散剂，组成混合浆料。

步骤s20,通过球磨机对所述混合浆料进行球磨，获得所述粉末浆料。

在本实施例中，需要说明的是，所述球磨机为将物料进行粉磨以得到粉末浆料的机器。

通过球磨机对所述混合浆料进行球磨，获得所述粉末浆料，具体地，按照预设球磨速度以及预设球磨时间，通过所述球磨机对所述混合浆料进行球磨，获得均匀混合的浆料，也即所述粉末浆料，其中，所述预设球磨速度以及所述预设球磨时间均为预设设置好的。

步骤s30,通过预设波长的光照射所述粉末浆料，其中，所述预设波长为0.001nm-10nm、760nm-1mm的一种或多种。

在本实施例中，需要说明的是，波长为0.001nm-10nm和波长为760nm-1mm的光具有较强的穿透性，可以穿透陶瓷浆料和金属浆料，所述光谱转换粒子具有良好的发光效率，所述光热转换粒子对辐射的能量具有良好的吸收能力，所述光谱转换粒子发射的波长与所述光热转换粒子吸收的波长相匹配，进一步地，所述光热转换粒子还具有良好的光热转换效率，能够将吸收的光转化为热能，所述热能能够达到树脂的临界固化能量。

通过预设波长的光照射所述粉末浆料，其中，所述预设波长为0.001nm-10nm、760nm-1mm的一种或多种，具体地，利用波长为0.001nm-10nm的光照射含有光谱转换粒子以及光热转换粒子的粉末浆料，通过波长为0.001nm-10nm的光对所述光谱转换粒子进行照射激发，原子轨道电子跃迁至导带，进而回到基态时发出波长为500nm-1000nm的发射光，进而通过所述波长为500nm-1000nm的发射光对所述所述光热转换粒子进行照射，从而通过等离子体共振或者能量跃迁带产生的热能向周围环境辐射能量，当所述能量达到所述引发剂引发所需的能量后，引发所述粉末浆料固化，在一种可实施方式中，直接利用760nm-1mm的光照射不含光谱转换粒子的粉末浆料，通过所述光热转换粒子直接将波长为760nm-1mm的光转换为热能，促使所述引发剂引发，进而固化所述粉末浆料，进一步地，在另一种可实施方式中，利用0.001nm-10nm和760nm-1mm的光同时照射含有光谱转换粒子和光热转换粒子的粉末浆料，促使所述粉末浆料固化。

可选地，提出第一实施例，具体地，所述树脂为500g的环氧树脂，所述光谱转换粒子为60g的gd2o2s:pr（ce,f），所述光热转换粒子为50g平均粒径约为5μm的ti3c2，所述引发剂为25g低分子聚酰胺，所述粉末为150g平均粒径约为20μm的钛合金粉末，所述分散剂为25g的kh570，进一步地，将上述树脂、光谱转换粒子、光热转换粒子、引发剂、粉末及分散剂进行混合，进而用球磨机混合2h，球磨机转速为200rpm，得到球磨均匀的粉末浆料，进一步地，将所述粉末浆料盛放于成型槽中，成型槽周围布置波长为0.001nm-10nm的光发射阵列装置，使放射线阵列装置发射的线束覆盖成型槽区域，根据零件形状动态调整发射强度，具体地，利用波长为0.001nm-10nm的光照射所述粉末浆料，进而所述粉末浆料中的光谱转换粒子在波长为0.001nm-10nm的光的激发下，原子轨道电子跃迁至导带，进而经过一系列物理过程退激回到基态时发出500nm-1000nm的发射光，通过所述波长为500nm-1000nm的激发光对所述光热转换粒子进行照射，进一步地，通过等离子体共振或者能量跃迁带产生的热能向周围环境辐射能量，当所述能量达到所述粉末浆料中的引发剂引发所需能量时，引发所述粉末浆料进行固化。

可选地，提出第二实施例，具体地，所述树脂为200g环氧树脂，所述光热转换粒子为10g平均粒径约为5μm的金纳米颗粒，所述引发剂为10g的低分子聚酰胺，并将其进行混合，进而用球磨机混合1h，球磨机转速为100rpm，得到所述粉末浆料，进一步地，将所述粉末浆料盛放于透明玻璃成型槽中，利用波长为760nm-1mm的光，也即近红外光，对所述粉末浆料进行均匀照射，所述光热转换粒子直接将760nm-1mm的光转换为热能，促使所述引发剂引发，进而使所述粉末浆料固化，实现了钛合金金属粉末浆料的体制造增材制造，无分层带来的制造缺陷。

本申请提出了一种粉末浆料的固化方法方法，也即，称取预设质量的树脂、光谱转换粒子、光热转换粒子、引发剂、粉末及分散剂，获得混合浆料，通过球磨机对所述混合浆料进行球磨，获得所述粉末浆料，通过预设波长的光照射所述粉末浆料，其中，所述预设波长为0.001nm-10nm、760nm-1mm的一种或多种，实现了基于所述光谱转换粒子与所述光热转换粒子，可直接利用近红外光和放射线固化粉末浆料，增加了穿透深度，克服了现有技术中因可见光或紫外光穿透性差，不能对混有陶瓷或金属粉末的浆料进行深部成型的技术缺陷，提高了粉末浆料固化成型精准。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。