[发明专利]一种基于光定向电泳沉积的镂空结构的3D打印方法

说明书

本发明公开了基于光定向电泳沉积的镂空结构的3D打印方法，该技术包括以下步骤：（1）制备含无机非金属固体粉末的悬浮液，加入阴离子表面活性剂，使悬浮液中粒子带负电荷；（2）制备含聚苯乙烯颗粒的悬浮液；（3）将含二氧化钛涂层的FTO导电玻璃作为阳极组装成电泳槽。（4）利用光电效应逐点扫描的方式定向沉积无机非金属粉体；（5）在需要镂空的位置通过光定向逐点沉积聚苯乙烯颗粒；（6）按形状设计的要求在相应位置沉积无机非金属粉体和聚苯乙烯颗粒，获得符合设计要求的沉积物；（7）沉积物经600‑800°C加热后去除聚苯乙烯，获得3D镂空结构的产品；本发明操作简单，原料成本低，适用于具有镂空结构的无机块材的制备。

技术领域

本发明涉及无机材料的3D打印与电泳沉积技术领域，尤其是涉及一种基于光定向电泳沉积的镂空结构的3D打印方法。

背景技术

材料的3D打印通常是通过“层层打印，逐层叠加”的方法实现。由于无机非金属材料性质的特殊性，其3D打印技术主要采用直接三维打印技术（3DP）和立体光固化技术（SLA），这两种技术都需要在原料中加入大量的有机物以调整原料的成型性和流动性，因此原料调配难度大，价格高。电泳沉积是一种优良的薄膜和层状材料的成型技术，对原料要求低，有机物用量低，是一种经济环保的先进成型技术。但是传统的电泳沉积无法在层间实现孔洞的打印和支撑，因此无法进行3D打印。Andrew J. Pascall等人应用光定向电泳沉积技术，通过物理掩模板进行沉积控制，可以进行层间不同物质在不同位置定向沉积，实现了光定向电泳沉积的3D打印。但是该方法还无法实现镂空结构的3D打印。另外由于采用物理掩模板进行定向，在打印不同层时需要根据形状更换模板，成本高且效率低。本发明采用聚苯乙烯颗粒作为镂空位置的造孔剂，与无机非金属颗粒协同沉积，采用逐点打印的方法实现沉积物形态的精确控制。

发明内容

针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种操作简单、原料成本低廉的可应用于镂空结构无机材料3D打印的基于光定向电泳沉积的镂空结构的3D打印方法。

本发明方案在传统技术上加以改进，采用聚苯乙烯颗粒作为镂空位置的造孔剂，与无机非金属颗粒协同沉积，采用逐点打印的方法实现沉积物形态的精确控制。在导电玻璃上制备一层N型二氧化钛导电层作为光阳极，通过光源照射以及外加电源，利用逐点打印的方法成功实现了在光电极上不同无机材料、不同形状块材物沉积。

为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于光定向电泳沉积的镂空结构的3D打印方法，其包括如下步骤：

（1）制取含有无机非金属固体粉末的悬浮液A，然后加入阴离子表面活性剂，使悬浮液A中粒子带负电荷；

（2）制取含聚苯乙烯颗粒的悬浮液B，然后加入阴离子表面活性剂，使悬浮液B中粒子带负电荷；

（3）将具有二氧化钛涂层的FTO导电玻璃作为阳极且将其作为部件组装成电泳槽；

（4）将步骤（1）制得的悬浮液A倒入电泳槽内并利用光电效应以逐点扫描的方式对需要成型的主体结构进行沉积无机非金属固体粉末；

（5）将步骤（2）制得的悬浮液B倒入电泳槽内并利用光电效应以逐点扫描的方式对需要成型的镂空结构进行沉积聚苯乙烯颗粒；

（6）按预设形状设计要求分别交替重复步骤（4）和步骤（5），以由下至上、由内至外的操作顺序在相应预设位置沉积无机非金属固体粉末或聚苯乙烯颗粒，其中，电泳槽内的悬浮液进行更换时，需要对电泳槽进行清洁；

（7）步骤（6）结束后，获得符合预设要求的沉积物；

（8）将沉积物进行加热后，去除聚苯乙烯，然后经烧结处理后，获得基于光定向电泳沉积的镂空结构的3D打印制品。