[发明专利]一种电场辅助连续面曝光3D打印有序复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种电场辅助连续面曝光3D打印有序复合材料的制备方法，其特征在于，所使用的打印设备包括数字光处理模块，浆料槽，打印平台，高压电源；所述数字光处理模块按照打印模型分层切片形状，以光束形式穿过复合透氧膜并投射到浆料中，所述打印平台沿z轴方向逐渐上移，所述高压电源置于浆料槽内部两侧用于提高外加电场；步骤1：打印模型准备首先将三维图形以STL文件格式导入至切片软件，在考虑打印时长、材料可固化厚度、精度要求因素后，对模型进行分层切片；然后将切片所得数据制作成视频文件并导入至数字光处理模块；步骤2：复合材料浆料制备将一定比例的树脂与石墨烯进行混合，再进行真空除泡，得到所需的复合材料浆料；步骤3：电场辅助连续面曝光3D打印首先将打印平台缓缓浸入浆料中，直至打印平台与复合透氧膜的距离略大于成型件与打印窗口之间形成的不固化区域，即死区厚度；然后，根据需要在指定方向上利用高压电源施加电场；紧接着数字光处理模块将制备好的视频图像投影到浆料上的同时打印平台以一定速度上升，此时，受到紫外光辐照后固化的成型件随着打印平台的上升而不断上升，成型件上升留出的空隙也被四周的浆料迅速填充，整个过程一直处于连续状态；最终视频播放完成的同时，携带着有序排列石墨烯的复合材料成型件也被完整地从浆料中拖了出来；步骤4：打印后处理打印完成后，取下并清理成型件后进行二次固化；

所述复合透氧膜为PDMS/SiO₂膜，所述复合透氧膜PDMS/SiO₂膜的制备方法包括以下步骤：

①取粒径为200nm左右的球状SiO₂颗粒与道康宁PDMS预混液，SiO₂质量占比为10％-40％，以200r/min-300r/min搅拌2-5min；②将上述混合溶液放入超声波清洗机中混合15-20min；③静置冷却后加入PDMS固化剂，固化剂与PDMS预混液质量比为1/10-1/8，以200r/min-300r/min搅拌3-5min；④在0-8℃温度中静置12-24h，直至完全没有气泡；⑤利用数控雕刻机，以80-100℃的底板加热、30-50Kpa的气压、320-400km/h将混合溶液打印成膜；⑥将打印所得膜置于干燥箱中干燥；⑦将完全固化的PDMS/SiO₂混合膜浸入装满SiO₂悬浮液的容器中，其中悬浮液中SiO₂粒径为2-5μm，利用提拉机器以1-8mm/s匀速竖直向上提拉；⑧将上述复合膜置于200-250℃中加热60-80h；⑨用旋涂机将光刻胶SU-8基环氧树脂旋涂在复合膜表面SiO₂缝隙中，转速2500-3500r/min、旋涂时间30-60s，再用有机溶剂清洗表面残留的光刻胶；⑩用紫外固化灯对表面的光刻胶进行固化，时间1-3min；将上述复合膜置于氢氟酸溶液中蚀刻5-15min去除表面SiO₂，用酒精彻底清洗，干燥箱干燥；最终所得的复合透氧膜厚度50-100μm，并且氧气透过效率在50barrer以上，紫外光透过率不低于80％，强度不低于20kPa。

2.根据权利要求1所述的一种电场辅助连续面曝光3D打印有序复合材料的制备方法，其特征在于，所述数字光处理模块，投射光波长为405nm，光源最大功率800mW。

3.根据权利要求1所述的一种电场辅助连续面曝光3D打印有序复合材料的制备方法，其特征在于，所述树脂与石墨烯进行混合，所述混合为球磨混合，球磨参数为转速为300-500r/min；时间为10-12h，真空除泡的时间为2h。

4.根据权利要求3所述的一种电场辅助连续面曝光3D打印有序复合材料的制备方法，其特征在于，所述有序复合材料中石墨烯的添加质量分数为0.1％-5％。

5.根据权利要求1所述的一种电场辅助连续面曝光3D打印有序复合材料的制备方法，其特征在于，打印速度为10mm/h-100mm/h。

6.根据权利要求1所述的一种电场辅助连续面曝光3D打印有序复合材料的制备方法，其特征在于，利用高压电源施加直流电场，直流恒压电源500V/cm，在微观组织层面对材料中的石墨烯片的排列进行无接触式调整。