[发明专利]一种打印复合材料的3D打印设备以及其打印方法

说明书

本发明公开了一种打印复合材料的3D打印设备以及使用该设备的3D打印方法，成型台，料槽，所述料槽用于盛放液态的混合材料，该混合材料包括导电组份与可聚合组份；光源；电源；所述光源对料槽内的混合材料进行照射，料槽内混合材料的受到光照发生固化的面为成型面，其中的可聚合组份受到光照固化后包覆导电组份形成打印中间物，所述导电电极层分别设置在打印中间物与成型面之间区域的外侧，对于打印过程中的通过电场作用下，混合材料中的导电组份在电场的作用下有序排列，即可打印出导电组份在可聚合组份内部有序排列的导电复合材料。

技术领域

本发明涉及增材制造行业，具体讲是一种打印复合材料的3D打印设备以及其打印方法。

背景技术

3D打印机是一种快速成型机器，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式获得产品。3D打印机由其制造速度较快、材料种类较多、经济效益较好等优点，逐渐被推广应用。

导电聚合物复合材料有广泛的应用，特别是弹性可拉伸导电复合材料将在可穿戴设备以及机器人触感中存在广泛的应用。这种聚合物在外力作用下(压力/拉力等)产生形变，从而影响材料的电阻，可以用于压力和应力/应变传感。传统的弹性可拉伸导电复合材料一般将导电组分(碳纳米管等)直接混入并分散到弹性基质中，这种方法制得的力敏传感器灵敏度低，而且具有电学性能各项同性的特点，难以区分压力和拉力，同时也难以区分不同方向上的拉力。

解决上述问题的有效方法是将导电复合材料的导电组份在弹性基质中有取向性的排列，比如将碳纳米管沿着一方向进行有序排列，这样得到的导电复合材料在受到外力作用时发生的电阻变化具有一定的规律，实现导电性能的各项异性，即只在导电组份有序排列的方向对形变敏感，从而能够分辨压力和拉力以及不同方向上的拉力。而在制造导电复合材料时，对其施加电场(直流交流均可)可以实现其中导电组份的这种取向性排列，导电组分会沿着电场线的方向有序排列，其中液态的混合材料是不导电的。

一般的导电复合材料为树脂，以及导电组分，如碳纳米管、石墨烯、金属纳米线/片、半导体纳米线/片等组成。然而，现有技术的方法是在复合材料整体固化的过程中施加电场，但是当固化材料的尺寸较大时，两个电极之间的电场较弱，这将极大地限制导电复合材料的尺寸，同时较弱的电场也会较低有序性、增加取向的时间。更重要的是，这种制造工艺难以实现快速批量生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够打印复合材料的3D打印设备，以及使用该3D打印设备打印复合材料的方法，该方法能够减少导电复合材料的尺寸限制的影响，并时间快速定制导电组份具有取向性的导电复合材料。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种打印复合材料的3D打印设备，包括：成型台，所述成型台连有升降机构，用于承载和移动打印中间物；料槽，所述料槽用于盛放液态的混合材料，该混合材料包括导电组份与可聚合组份；光源，所述光源用于提供固化混合材料波长范围内的光；电源，所述电源用于提供电压，该电源连有导电电极层；

所述光源对料槽内的混合材料进行照射，料槽内混合材料的受到光照发生固化的面为成型面，其中的可聚合组份受到光照固化后包覆导电组份形成打印中间物，所述导电电极层分别设置在打印中间物与成型面之间区域的外侧，电源通电时，该打印中间物与成型面之间形成电场，所述打印中间物与成型面之间的混合材料中的导电组份在电场的作用下有序排列。

采用以上所述的结构后，本发明与现有技术相比，具有以下的优点：在打印过程中，电源通电时，该打印中间物与成型面之间形成电场，所述打印中间物与成型面之间的混合材料中的导电组份在电场的作用下有序排列，即可打印出导电组份在可聚合组份内部有序排列的导电复合材料。

进一步地，所述导电电极层包括第一导电电极层与第二导电电极层。

进一步地，所述成型台可导电，该成型台为第一导电电极层。