[发明专利]一种激光熔融辅助纳米墨水实现高熔点材料3D打印的方法

权利要求书

1.一种3D器件的打印方法，包括如下步骤：

(1)将用于3D器件打印的材料制备成纳米颗粒；

(2)将步骤(1)的纳米颗粒制备为适合3D喷墨打印机用的纳米颗粒墨水；

(3)根据3D器件的形状和性能要求，进行三维建模并将三维图形分割为若干层二维图形，计算出3D器件在每一层二维图形上的形状及材料组成，设计出打印路径，同时根据纳米颗粒的成分和直径，计算出熔融、烧结温度和时间；

(4)将步骤(2)制备的墨水装入带有激光烧结功能的3D喷墨打印机，随后进行打印、烧结，逐层叠加，实现3D器件的打印，其中，所述的打印、烧结过程以如下方式进行：3D喷墨打印机根据步骤(3)获得的打印路径进行每一层二维图形的打印，打印时用激光预热待打印区域并加热刚刚打印的区域，加热刚刚打印的区域使得墨水中除纳米颗粒以外的物质挥发，并使得纳米颗粒熔融、烧结成型，打印、烧结后进行下一层二维图形的打印，最终形成3D器件。

2.根据权利要求1的方法，步骤(1)中用于3D器件打印的材料包括高熔点无机材料及低熔点有机材料。

3.根据权利要求2的方法，所述无机材料包括陶瓷、金属、玻璃、半导体，所述有机材料包括塑料、橡胶。

4.根据权利要求1的方法，步骤(1)中纳米颗粒的直径为1-500纳米。

5.根据权利要求4的方法，纳米颗粒的直径为1-200纳米。

6.根据权利要求5的方法，纳米颗粒的直径20-100纳米。

7.根据权利要求1的方法，步骤(2)中的纳米颗粒墨水成分包括纳米颗粒和用于调节墨水性能的各种化学物质。

8.根据权利要求1的方法，步骤(4)中的打印、烧结过程在真空或惰性气氛下进行。

9.根据权利要求9的方法，所述的惰性气氛包括氩气、氮气和氦气。

10.根据权利要求1的方法，在步骤(4)的加热过程中，通过调节激光功率和激光斑点的直径控制加热区域的温度在合适温度并保持适当的时间，同时使用红外温度传感器实时监测加热区域的温度。

11.根据权利要求1的方法，其中3D喷墨打印机由普通商用喷墨打印机改装。

12.一种用于权利要求1至11所述方法的3D喷墨打印机，其由普通商用喷墨打印机改装而成，特征在于：

具有普通商用喷墨打印机的墨水供给部分及图案打印部分；

具有一个可以升降和前后移动的平台用来承载打印介质，该平台在每打印、烧结一图案层后下降一层，使得打印平面与喷墨打印机打印头之间的距离保持一固定值；该平台在打印过程中可前后移动以实现大面积图案的高精度打印；

具有功率及光斑直径可调节的激光发射器，该激光发射器发射多束激光用以预热待打印区域并加热刚刚打印的区域；

具有红外温度传感器，该红外温度传感器用于温度的实时监测；

具备电脑板，该电脑板连接激光发射器和红外温度传感器，接受红外温度传感器的温度信号，根据温度信号调节控制程序并将其反馈至激光发射器；

具备真空或气氛调节装置，其可为3D打印、烧结过程通过真空或惰性气氛。

13.根据权利要求12的3D喷墨打印机，其中打印平面与喷墨打印机打印头之间的距离为2-10mm。