一种电磁功能复合结构3D打印材料及方法

一种电磁功能复合结构3d打印材料及方法
技术领域
1.本发明涉及复合结构3d打印，更具体地说是一种电磁功能复合结构3d打印材料及方法。


背景技术：

2.3d打印技术作为一种先进制造技术，在航空航天、汽车、珠宝、生物医疗乃至军事国防等多个领域都得到了广泛的应用。时至今日，3d打印已发展出多种多样的原理技术，其中面投影光固化技术以其高精度、高效率等优势在精密结构器件制造中发挥出越来越重要的作用；
3.然而，受限于材料功能和工艺路线，现有面投影光固化3d打印在多功能复合结构制造过程中仍面临许多问题。目前来说，针对多功能复合结构面投影光固化打印常见的方案主要包括多材料成形和多工艺成形，其中多材料成形一般为设计多个材料池来分装具有不同功能的光固化材料，通过打印过程中不断切换材料池和清洗、干燥工位的方式实现多功能复合结构制造，或在单个材料池中以泵入-抽出-清洗-泵入的方式不断切换新材料来实现多种功能复合制造；
4.而多工艺成形主要是在3d打印制造出结构形状之后将其取出处理完毕，再进一步通过电镀、化学沉积等方式在结构上添加新的材料，以实现多功能复合结构制造；
5.上述两种方式均需多个工艺步骤组合实现复合结构制造，不同工位制件的切换以及工艺步骤之间的处理不可避免地造成最终成形结构尺寸精度以及多功能区域配合精度上的损失，且很大程度上丧失了3d打印技术原有的快速成形优势。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种电磁功能复合结构3d打印材料及方法，可以解决现有面投影光固化3d打印技术在制造电磁功能复合结构时面临的精度损失和效率低下等问题。
7.本发明的目的通过以下技术方案来实现：
8.一种电磁功能复合结构3d打印方法，该方法包括以下步骤：
9.s1：制备磁化石墨烯纳米片；
10.s2：磁化石墨烯纳米片和光敏树脂均匀混合，获得整体上具备磁性的磁化石墨烯纳米片掺杂光敏树脂；
11.s3：将磁化石墨烯纳米片掺杂光敏树脂放置在树脂池内，施加单向电场使光敏树脂中的磁化石墨烯纳米片产生偏转顺电场排布，获得排布方向上的导电性；
12.s4：对磁化石墨烯纳米片掺杂光敏树脂进行光固化3d打印，获得电磁功能复合结构；
13.所述磁化石墨烯纳米片的直径为10-100微米，磁化石墨烯纳米片的厚度为1-20纳米；
14.所述磁化石墨烯纳米片掺杂光敏树脂中磁化石墨烯纳米片在光敏树脂中的质量
分数为0.5％-10％；
15.所述电磁功能复合结构的导电性通过磁化石墨烯纳米片顺电场排布实现，电磁功能复合结构的磁性通过磁化石墨烯纳米片获得；
16.所述单向电场强度为100v/cm-1000v/cm，光固化3d打印中，通过控制接入/断开单向电场来控制磁化石墨烯纳米片是否偏转顺电场排布，进而控制对应光固化3d打印区域是否导电；
17.所述s1中磁化石墨烯纳米片制备的过程包括以下步骤：
18.s11：以石墨烯纳米片及fecl3·
6h2o为主要原料；
19.s12：采用溶剂热法制备表面沉积有fe3o4纳米颗粒的磁化石墨烯纳米片；
20.所述fecl3·
6h2o与石墨烯纳米片原料质量比为0.5:1至10:1；
21.所述s2中磁化石墨烯纳米片和光敏树脂均匀混合包括以下步骤：
22.s21：将磁化石墨烯纳米片分散于光敏树脂中；
23.s22：通过搅拌和超声处理，对光敏树脂和磁化石墨烯纳米片进行混合，得到均匀稳定的磁化石墨烯纳米片掺杂光敏树脂；
24.所述树脂池内设置有打印基底，树脂池的上侧设置有用于发出投影光的投影光机，树脂池内部的两侧均设置有用于产生单向电场的电极，所述树脂池的外部设置有高压电源，高压电源的正负极分别通过导线和两个电极连接。
25.一种电磁功能复合结构3d打印材料，该材料由磁化石墨烯纳米片和光敏树脂均匀混合后制成，获得整体上具备磁性的3d打印材料，磁化石墨烯纳米片在单向电场的作用下顺电场排布，使得3d固化打印后的打印件具备导电性。
26.本发明的有益效果为：
27.采用fe3o4纳米颗粒沉积产生磁化石墨烯纳米片掺杂光敏树脂的方式来获得整体磁性，采用单向电场排布磁化石墨烯纳米片的方式来获得排布方向上的导电性，无需切换材料或工艺即可一体化打印电磁功能复合结构，可以有效解决现有技术中的电磁功能复合结构3d打印方法精度损失大、操作复杂、效率低下的问题。
附图说明
28.下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
29.图1是本发明的3d打印打印装置结构示意图；
30.图2是本发明的磁化石墨烯纳米片电场排布示意图；
31.图3是本发明的光敏树脂基体中磁化石墨烯纳米片在单向电场作用下偏转排布导电示意图。
32.图中：投影光机1；投影光2；打印件3；打印基底4；磁化石墨烯纳米片掺杂光敏树脂5；光敏树脂5-1；磁化石墨烯纳米片5-2；高压电源6；电极7；树脂池8；导线9。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
34.如图3所示，下面对电磁功能复合结构3d打印方法的步骤和功能进行详细的说明；
35.一种电磁功能复合结构3d打印方法，该方法包括以下步骤：
36.s1：以石墨烯纳米片及fecl3·
6h2o为主要原料，采用溶剂热法制备表面沉积有fe3o4纳米颗粒的磁化石墨烯纳米片5-2；
37.s2：将磁化石墨烯纳米片5-2分散于光敏树脂5-1的基体中，通过搅拌和超声处理得到均匀稳定的磁化石墨烯纳米片掺杂光敏树脂5，进而获得整体上磁性；
38.s3：将磁化石墨烯纳米片掺杂光敏树脂5置于树脂池8中，通过施加单向电场使光敏树脂中的磁化石墨烯纳米片产生偏转顺着电场排布，如图2所示，获得排布方向上的导电性，然后进行投影光2固化这一排布，获得导电性，实现电磁功能复合结构一体化3d打印；
39.所述fecl3
·
6h2o与石墨烯纳米片原料质量比为0.5:1至10:1；
40.溶剂热法制备表面沉积有fe3o4纳米颗粒的磁化石墨烯纳米片5-2的过程包括以下步骤：
41.步骤一：按质量比将1份石墨烯纳米片与0.5-10份fecl3·
6h2o、10份聚乙二醇、450份乙二醇和60份三水乙酸钠混合，充分超声和搅拌2小时；
42.步骤二：在200℃下反应15小时，自然冷却后，过滤、清洗、烘干，得到磁化石墨烯纳米片5-2；
43.所述磁化石墨烯纳米片5-2的直径为10-100微米，磁化石墨烯纳米片5-2的厚度为1-20纳米；
44.所述磁化石墨烯纳米片掺杂光敏树脂5中磁化石墨烯纳米片5-2在光敏树脂5-1中的质量分数为0.5％-10％；
45.所述电磁功能复合结构的导电性通过磁化石墨烯纳米片5-2顺电场排布实现，电磁功能复合结构的磁性通过磁化石墨烯纳米片5-2获得；
46.所述单向电场强度为100v/cm-1000v/cm，光固化3d打印中，通过控制接入/断开单向电场来控制磁化石墨烯纳米片5-2是否偏转顺电场排布，进而控制对应光固化3d打印区域是否导电；
47.如图1所示，为了方便一种电磁功能复合结构3d打印方法的实施，设计一种一种3d打印打印装置，该装置包括树脂池8，所述树脂池8内设置有打印基底4，树脂池8的上侧设置有用于发出投影光2的投影光机1，树脂池8内部的两侧均设置有用于产生单向电场的电极7，所述树脂池8的外部设置有高压电源6，高压电源6的正负极分别通过导线9和两个电极7连接；
48.所述投影光机1发出经调制后具有预期打印形状的投影光2，所述投影光照射在磁化石墨烯纳米片掺杂光敏树脂5表面固化材料形成打印件3，即打印形成电磁功能复合结构，所述打印件3成形在打印基底4上，所述打印基底4可以上下运动从而实现3d打印层层累加成形，所述磁化石墨烯纳米片掺杂光敏树脂5装在树脂池8中，所述电极7分别固定在树脂池8两侧，所述高压电源6通过导线9与电极7相连接，为磁化石墨烯纳米片掺杂光敏树脂5供电产生单向电场，所述磁化石墨烯纳米片5-2在单向电场下会在光敏树脂5-1内部发生偏转顺着电场排布，如图2和3所示，形成导电通路；
49.一种电磁功能复合结构3d打印材料，该材料由磁化石墨烯纳米片5-2和光敏树脂5-1均匀混合后制成，获得整体上具备磁性的3d打印材料，磁化石墨烯纳米片5-2在单向电场的作用下顺电场排布，使得3d固化打印后的打印件3具备导电性。
50.当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的
普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。