[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

说明书

本发明公开了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，所述打印设备包括数字光处理模块，浆料槽，打印平台，外加电场；所述数字处理模块按照打印的模型分层切片，以光束形式穿过复合透氧膜并投射到浆料上实现固化，随着打印平台沿z轴方向逐渐上移，所述外加电场置于浆料槽内部两侧，实现了石墨烯/树脂复合材料的连续打印，且石墨烯片在辅助电场下有序排列实现各向异性/有序复合材料的打印，提高了力学性能与电学性能以及增大了材料的抗弯强度和韧性。

技术领域

本发明涉及3D打印领域，尤其涉及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。

背景技术

目前，3D打印技术已广泛应用于电子、医疗、航天等领域。以数字光处理技术(Digital Light Processing)为核心的光固化3D打印技术具有成型精度高、打印速度快、工艺成熟等优点。其打印材料光敏树脂属于一种高分子聚合物，在光照作用下由液态快速转化为固态而成型。近年来，3D打印用光敏树脂通过在材料中添加纤维、粉末等增强体，或是某些高聚物使得材料在增强性能和实现功能化方面有了长足的发展和进步。然而一些复合材料中增强体的分布并不是可以人为控制，无法更好地利用增强体的特殊性质得到符合要求的材料。

一直以来石墨烯作为一种二维纳米材料以其优异的光学性能、力学性能、导热导电性能受到学术界以及工业界的广泛关注。石墨烯作为添加物被广泛应用于各种复合材料中，但由于工艺限制目前的传统成型和一般的3D打印方法都不能得到石墨烯按照一定规律均匀分布的复合材料，这使得石墨烯本身的性能在材料中的体现大大折扣，也就限制了石墨烯/聚合物复合材料的应用和普及。

针对石墨烯/聚合物复合材料，传统成型工艺有：手糊成型、模压成型、热压罐成型、挤拉成型、缠绕成型等。虽然这些工艺在现有生产中占有一席之地，但是它们也存在着非常明显的缺点。

1、手糊成型：生产效率低、劳动强度大；

2、模压成型与热压罐成型：模具要求高、生产成本大、尺寸受限；

3、挤拉成型：设备投资高、产品截面受限；缠绕成型：投资大、技术要求高。

都不适用于复杂的三维结构，限制了石墨烯/聚合物复合材料的应用和普及。现有的3D打印技术，会造成石墨烯的团聚或沉积，导致成型的材料不能充分发挥石墨烯优良的力学特性和导电特性。

现有技术中并不能实现电场辅助光固化的连续打印，现有的连续打印装置也不能实现打印件内部石墨烯的均匀分布。

因此，亟需解决上述问题。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了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

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

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，所述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