[发明专利]一种冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法

权利要求书

1.一种冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

制备支撑材料，将制备完成的支撑材料置于模具中；

将目标材料制备成用于挤出式打印的目标浆料；

将含有支撑材料的模具放置于打印平台，并将所述目标浆料放入打印装置的料筒中；

按照目标设计模型，通过打印装置的喷头在所述支撑材料中挤出所述目标浆料，得到打印模型；

对所述打印模型进行冷冻固化，得到目标模型；

对所述目标模型进行后处理，得到微观多孔结构材料。

2.如权利要求1所述的冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法，其特征在于，所述支撑材料的主要成分为硅油、润滑脂、羟丙基甲基纤维素、琼脂、卡波姆、明胶和海藻酸钠中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法，其特征在于，所述目标材料为陶瓷粉末、玻璃粉末、金属粉末和高分子粉末中的一种或多种，所述将目标材料制备成用于挤出式打印的目标浆料的步骤包括：

将所述目标材料、添加剂和水混合，并进行机械搅拌，形成初始浆料；

对所述初始浆料进行分散处理，得到水基的目标浆料。

4.如权利要求1所述的冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法，其特征在于，所述对所述打印模型进行冷冻固化的方式为冷冻干燥或冷冻铸造。

5.如权利要求3所述的冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉末为羟基磷灰石粉、磷酸钙粉、硅酸钙粉、硫酸钙粉、氧化钛粉、氧化锆粉、氧化铝粉、氮化硼粉、石墨纤维粉、珍珠粉、贝壳粉、动物骨粉和球状/纤维碳化硅粉中的一种或多种；所述金属粉末为钛合金/钛粉、钽粉、镍钛合金粉、钴合金粉、铝合金粉、镁合金粉、锆合金粉中的一种或多种；所述高分子粉末为聚醚醚酮粉、聚醚酮酮粉、聚乳酸粉、聚氨酯粉、聚碳酸酯粉、尼龙粉、聚醚酰亚胺粉和石蜡粉中的一种或多种。

6.如权利要求3所述的冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括有机粘结剂和分散剂，其中，所述有机粘结剂为聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、海藻酸钠、蔗糖和瓜尔胶中的一种或多种，所述分散剂为聚丙烯酸、聚乙烯亚胺、Darvan CN、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种或多种。

7.如权利要求4所述的冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法，其特征在于，当所述冷冻固化的方式为冷冻干燥时，冷冻固化的工艺包括：将含有打印模型和支撑材料的模具置于冷阱温度低于-20℃且真空度不超过30Pa的真空环境下，放置时间不低于6h，干燥完成后取出，得到具有不定向微观多孔结构的目标模型。

8.如权利要求4所述的冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法，其特征在于，当所述冷冻固化的方式为冷冻铸造时，冷冻固化的工艺包括：将盛有支撑材料和打印模型的模具置于传热介质上，通过对所述传热介质降温，使所述模具从接触所述传热介质的一端开始冷冻，待冷冻固化完成后将所述模具或所述支撑材料放入冷冻干燥机中进行真空干燥，得到具有定向微观多孔结构的目标模型。

9.如权利要求3或5所述的冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法，其特征在于，所述目标材料粉末的粒径为0.005μm-500μm；在对所述目标模型进行后处理时，根据所述目标材料的类型确定后处理工艺，其中，当目标材料为陶瓷粉末或金属粉末时，后处理工艺为脱脂后烧结，当目标材料为高分子粉末时，后处理工艺为直接烧结。

10.如权利要求6所述的冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法，其特征在于，当所述目标材料为陶瓷粉末时，所述有机粘结剂的添加量为所述陶瓷粉末质量的0.1%-25%，所述分散剂的添加量为所述陶瓷粉末质量的0.05%-15%；当所述目标材料为玻璃粉末时，所述有机粘结剂的添加量为所述玻璃粉末质量的0.1%-25%，所述分散剂的添加量为所述玻璃粉末质量的0.05%-15%；当所述目标材料为金属粉末时，所述有机粘结剂的添加量为所述金属粉末质量的20%-80%，所述分散剂的添加量为所述金属粉末质量的1%-20%；当所述目标材料为高分子粉末时，所述有机粘结剂的添加量为所述高分子粉末质量的0%-5%，所述分散剂的添加量为所述高分子粉末质量的0.05%-2%。