[实用新型]一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置

说明书

本实用新型公开了一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置，涉及三维打印技术领域。该用于制备膜电极催化层的三维打印装置，包括控温式真空吸台基座，所述控温式真空吸台基座顶部的右侧设置有控制系统，所述控温式真空吸台基座顶部的左侧设置有喷料机构。该用于制备膜电极催化层的三维打印装置，通过采用3D打印装置，可以采用层层堆积的方式分层制作催化层，从而能够进一步控制催化层内的多孔特性和相对组分，3D打印装置内部采用分料盒结构，并使用伺服电机程控进料，通过外部设置真空吸台和控温板，可以准确、高效的完成膜电极上催化层浆料的3D打印，可以有效提高催化层的制备效率和多孔特性。

技术领域

本实用新型涉及三维打印技术领域，具体为一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置。

背景技术

燃料电池的膜电极是发生电化学反应的核心区域，其主要由质子交换膜层，催化层和气体扩散层组成，在质子交换膜层上制备一层超薄，均一的催化层是整个膜电极生产过程的难点之一。

目前，膜电极上催化层的主流制备方法之一为超声喷涂法，使用的主要设备是带有超声分散功能的墨水/浆料喷涂机。

其优势是催化剂墨水均一化程度高，形成的催化层多孔特性好，更容易提高催化层整体的性能，但是缺点是整个制备过程耗时较长，生产效率低，而且对于催化层层内组分的调节较为困难，无法制备图形化、梯度化组分结构或有其他要求的功能化催化层。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置，解决了现有技术中主要使用带有超声分散功能的墨水/浆料喷涂机进行三维打印操作，整个制备过程耗时较长，生产效率低，而且对于催化层层内组分的调节较为困难，无法制备图形化、梯度化组分结构或有其他要求的功能化催化层的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种用于制备膜电极催化层的三维打印装置，包括控温式真空吸台基座，所述控温式真空吸台基座顶部的右侧设置有控制系统，所述控温式真空吸台基座顶部的左侧设置有喷料机构，喷料机构由X轴运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台、分离式供料仓、压电陶瓷和程控伺服电机喷头组成，所述X轴运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台可以带动喷料机构相对于控温式真空吸台基座移动，所述分离式供料仓用于存储浆料，其中浆料分为三种，一种为催化剂用有机溶剂配置成的墨水，一种是高分子添加剂浆料，一种为造孔添加剂浆料，所述压电陶瓷和程控伺服电机喷头用于提供负压并将分离式供料仓内的浆料喷出。

优选的，所述X轴运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台上均设置有对应的导轨，且采用链轮链条结合伺服电机作为传动结构，同时，根据控制系统的电流信号来精确控制程控伺服电机喷头所在的相对位置。

优选的，所述控温式真空吸台基座具备PID控制的温度加热系统和温度探头反馈系统，可以将基座温度控制在室温至150℃之间。

优选的，所述控温式真空吸台基座上的平板为不锈钢材质，表面开有小孔，与外设的真空泵相连接，负压最低可以达到-0.1MPa，从而可以将质子交换膜紧密吸附在基座上，铺开形成平整平面。

优选的，所述程控伺服电机喷头为压电式，使用伺服电机控制打印墨水的进料速度和流量，而在喷头狭缝处的压电陶瓷则在两端电压变化作用下进行弯曲形变，将超微量的墨水液滴喷出成型。

优选的，所述分离式供料仓将喷涂墨水的按照不同组分分开收纳，预设为三组，或通过后期扩展增加更多的附加供料仓。

(三)有益效果