[发明专利]一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、合金浆料、制备方法和立体光刻打印方法

说明书

本发明提供一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、合金浆料、制备方法和立体光刻打印方法，铝合金粉体表面形成稳定的聚苯乙烯包覆层；其中，聚苯乙烯包覆层厚度均匀，为200～400nm；聚苯乙烯包覆层质量占聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的质量百分比为8.97％；聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的颜色为黑色。本发明采用聚苯乙烯对铝合金粉体进行表面改性，聚苯乙烯与铝合金粉体之间存在范德华力作用，由此在铝合金表面形成稳定的聚苯乙烯包覆层，且包覆层结构致密。包覆后的铝合金粉体其分散性提高，并显著提高了浆料的固化深度，从而使得铝合金粉体固化成型。立体光刻技术具有高精度，高分辨率等优势，更加适合打印复杂精细结构。

技术领域

本发明属于金属材料增材制造技术领域，具体涉及一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、合金浆料、制备方法和立体光刻打印方法。

背景技术

随着航空航天及汽车制造业的发展，轻量化成为衡量材料的标准之一。因此，构建复杂，薄壁化结构，同时维持良好的性能成为研究的重点。但是，对于传统铸造方法，很难实现高度复杂结构的制备。然而，近几十年发展迅猛的增材制造技术可以直接构建复杂的几何图形，解决传统制造工艺难以加工或无法加工的局限。现今，金属增材制造的主要研究热点在选择性激光熔融、电子束熔融和激光成形等采用激光或电子束为热源的技术，但由于其高能量激光源会产生高温度梯度从而生成残余应力，导致形成空隙、裂纹以及表面光洁度不佳等缺陷。因此有必要探索新型金属增材制造技术，减少打印缺陷，增强机械性能。

基于光固化原理的的增材制造技术包括立体光刻技术和数字光处理。与其他现有的3D打印技术相比，立体光刻技术被认为是低成本，高产量的增材制造技术。立体光刻技术是基于光聚合过程，该过程由紫外线辐射引发光聚合反应，使光敏树脂或以光敏树脂为基质的浆料固化成型，能够生成从微尺度到中尺度的各种高度复杂的3D结构，具有微尺度的结构和亚微米的精度。因此，由于立体光刻技术具有成型速度快，高精度、高分辨率以及无残余热应力等优异特性更适合于打印复杂精细结构，例如用于修复骨组织的支架结构，用于牙科修复的牙齿结构以及精细的晶格结构等，因此可以用于航空航天，生物医学，传感器以及微电子系统等高端制造领域。

铝合金由于其低密度，高比强度，良好的导热性，耐腐蚀性和其他优异性能，在航空航天、热交换器以及汽车工业等具有良好的发展前景，同时也是轻质航空航天设备的主要材料。立体光刻3D打印铝合金结构件的主要技术挑战在于低的固化深度，这可能是由于粉末的高折射率和超细颗粒之间的团聚造成的。对于粒径小于30μm的超细合金粉体，其具有化学反应速度快，烧结强度高等优点，但是，由于其较高的比表面能，很容易引起颗粒之间的团聚，从而导致粉体在光敏树脂中的分散性很差，从而在与光敏树脂形成的混合体系中，由于粉体团聚而无法透过紫外光，导致其无法固化成型，得不到完整的原型件。因此，如何对铝合金粉体进行表面改性，解决超细粉体易团聚等缺陷，从而满足立体光刻3D打印的要求，具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、合金浆料、制备方法和立体光刻打印方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体，铝合金粉体表面形成稳定的聚苯乙烯包覆层；其中，聚苯乙烯包覆层厚度均匀，为200～400nm；聚苯乙烯包覆层质量占聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的质量百分比为8.97％；聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的颜色为黑色。

优选的，铝合金粉体为铝合金中Al-Si-Mg系中的任意一种，粒径为0～20μm。

本发明还提供一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，称取配方量的原料，包括：铝合金粉体、无水乙醇、去离子水、引发剂和苯乙烯；

各原料配比如下：