一种石墨烯光固化3D打印方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯光固化3D打印方法及应用，包括以下步骤：第一步，将石墨烯微片与光敏树脂混合制成液态的含石墨烯的光敏树脂材料；第二步，将所述含石墨烯的光敏树脂材料放入光固化3D打印机中；第三步，根据产品的三维数字模型对光束进行角度、位置、速度和形状的调控，使所述含石墨烯的光敏树脂材料在光的作用下一层一层逐层固化或多层连续固化，然后层层堆积形成含石墨烯的产品坯型；该方法还可以包括第四步和/或第五步和/或第六步，根据需要，进行装配、连接、热处理、表面处理等后续加工，获得石墨烯光固化3D打印的产品。本发明专利技术获得的石墨烯3D打印产品功能丰富，力学性能优异，具有高导电、高导热、防腐耐磨等特性。

Graphene light curing 3D printing method and application thereof

The present invention discloses application of a graphene 3D light curing printing method, which comprises the following steps: the first step, the graphene microchip and photosensitive resin mixed liquid containing graphene photosensitive resin material; the second step, the photosensitive resin material containing graphene into light cured 3D printer; third step, according to the regulation of the three-dimensional digital model of products on the beam velocity and position angle, and the shape of the photosensitive resin material so that the graphene containing light under the action of a layer by layer or multilayer continuous curing curing, then layered formation of graphene containing products of billet type; the method can also be including fourth steps and / or fifth and / or sixth step, according to the needs of the assembly, connection, heat treatment, surface treatment and subsequent processing, to obtain graphene light curing 3D printing products. The graphene 3D printing product obtained by the invention has the advantages of rich functions and excellent mechanical properties, and has the characteristics of high conductivity, high thermal conductivity, corrosion resistance, wear resistance, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯光固化3D打印方法及其应用
本专利技术涉及一种石墨烯光固化3D打印方法及应用，属于新材料和3D打印(增材制造)

技术介绍
3D打印，也称为增材制造，是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术。与传统制造技术相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制造过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，因此，在生产上可以实现结构优化、节约材料和节省能源。目前，3D打印技术常用于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程等。3D打印这种基于材料堆积法的高新制造技术受到了国内外越来越广泛的关注，将促成一种新型的生产方式，具有广阔的发展前景。在3D打印技术中，光固化3D打印技术最主要的就是SLA(StereoLithographyApparatus)、DLP(DigitalLightProcessing)、以及由此发展出来的CLIP(ContinuousLiquidInterfaceProduction)技术，光固化3D打印适合打印精度要求高、表面质量好、细节精细的模型或产品。光固化3D打印是当前工业领域使用最广泛的3D打印技术。目前，应用于光固化3D打印的材料是光敏树脂，包括环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂、聚醚砜树脂、氟碳树脂、生物基树脂等类型的光敏树脂。光敏树脂的优点是液态、流动性好、易成型，缺点是使用温度较低，强度低。因此，光固化3D打印技术目前主要是制作模型，很少用于制造实际承载件，更难以满足复杂条件下的多功能需求。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，它是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；具有超高导热率，导热系数高达5300W/(m·K)；石墨烯的电子运动速度达到了光速的1/300，远超过了电子在一般导体中的运动速度；常温下其电子迁移率超过15000cm2/(V·s)，达到硅材料的100倍；而电阻率只约10-8Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料；石墨烯的硬度比金刚石还高，强度比最好的钢铁还要高上100倍；它还具有优异防腐耐磨性，可以算是世上最轻薄的防腐耐磨材料。根据石墨烯的上述特性，其可应用于各材料领域，满足各方面的多功能要求。但是，由于目前制备的石墨烯片径太小，加上质量太轻，现有技术很难直接运用此种材料进行成型制造，不能很好地满足工业化生产要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种石墨烯光固化3D打印方法，获得高强度、多功能的石墨烯光固化3D打印产品，以更好地满足社会发展的需求。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种石墨烯光固化3D打印方法，包括以下步骤：第一步，将石墨烯微片与光敏树脂混合制成液态的含石墨烯的光敏树脂材料，其中石墨烯的质量分数大于0小于等于89％；第二步，将所述含石墨烯的光敏树脂材料放入光固化3D打印机中；第三步，根据产品的三维数字模型对光束进行角度、位置、速度和形状的调控，使所述含石墨烯的光敏树脂材料在光的作用下一层一层逐层固化或多层连续固化，然后层层堆积形成含石墨烯的产品坯型；还包括第四步和/或第五步和/或第六步：第四步，采用包括溶剂溶解、加热或催化在内的方法将含石墨烯的产品坯型中的光敏树脂去除，成为石墨烯光固化3D打印坯件；第五步，将所述石墨烯3D打印坯件进行物理加固或化学交联，使坯件成为具有良好物理、化学和力学性能的石墨烯制品；第六步，根据需要，进行装配、连接、热处理、表面处理等后续加工，获得石墨烯光固化3D打印的产品。所述的石墨烯光固化3D打印方法，所述单个石墨烯微片厚度方向上含石墨烯的层数小于等于10层，其它方向上的最大尺寸小于等于500微米。所述的石墨烯光固化3D打印方法，所述石墨烯优选为碳质量含量在99％以上的高纯度石墨烯，或者根据实际需要，采用经过氧原子、氟原子或其它原子修饰的、含有羟基、羧基、羰基和环氧基中的一种或几种官能团的石墨烯。所述的石墨烯光固化3D打印方法，所述石墨烯微片与光敏树脂均匀混合，光敏树脂中加入各种添加剂，包括稳定剂、填充剂、增塑剂、增韧剂、润滑剂、着色剂、固化剂、阻燃剂、发泡剂。所述的石墨烯光固化3D打印方法，所述光固化打印机的曝光方式包括点曝光、线曝光、面曝光和体曝光，光源类型包括紫外光、可见光、红外光和激光。所述的石墨烯光固化3D打印方法，所述光敏树脂的成分包括光引发剂、活性单体和预聚体。所述的石墨烯光固化3D打印方法，所述的对石墨烯3D打印坯件进行物理加固的方式包括冷冻干燥和加热煅烧，所述冷冻干燥是利用升华的原理，将去除了光敏树脂但还含有溶剂或催化剂的石墨烯3D打印坯件在低温下快速冻结，然后在适当的真空环境下使冻结的溶剂或催化剂分子直接升华成为气体逸出，得到高纯度、碳-碳键连结的石墨烯3D打印产品；所述加热煅烧是利用烧结的原理，将去除了光敏树脂但还含有溶剂或催化剂的石墨烯3D打印坯件在真空或保护气氛下加温，使溶剂或催化剂分子挥发，石墨烯微片烧结在一起，得到高纯度、碳-碳键连结的石墨烯3D打印产品。所述的石墨烯光固化3D打印方法，所述的对石墨烯3D打印坯件进行化学交联的方式包括网状交联和体型交联，在去除了光敏树脂但还含有溶剂或催化剂的石墨烯3D打印坯件中加入交联剂或官能团，使石墨烯微片成网状或体型交联在一起，然后去除杂质，得到网状交联或体型交联的石墨烯3D打印产品。所述的石墨烯光固化3D打印方法的获得的产品，所述的产品包括石墨烯3D打印模型、零部件。所述的石墨烯光固化3D打印方法的应用。所述的石墨烯光固化3D打印方法的应用，在光敏树脂中加入质量百分比小于等于2％的石墨烯，应用所述的石墨烯光固化3D打印方法的第一步至第三步，可以获得比传统光固化3D打印更高强度的3D打印产品；当光敏树脂中加入石墨烯的质量百分比大于2％时，应用权利要求1的第一步至第三步，可以获得比传统光固化3D打印更高强度、具有较强的导电和导热性能、且具有防腐和耐磨能力的含石墨烯的光敏树脂3D打印模型、零部件；在光敏树脂中加入质量百分比大于5％的石墨烯，应用所述的石墨烯光固化3D打印方法的第一步至第六步，可以获得力学性能优异、高导电、高导热、防腐耐磨的高纯度石墨烯3D打印模型、零部件。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1)本专利技术将石墨烯引入到光固化3D打印之中，可以获得多功能、高强度、物理化学性能优异的石墨烯光固化3D打印产品，既可以制作成工业用的产品，也可以制作成与人们衣、食、住、行息息相关的产品，如日用品、服装、饰品等，更好地满足了多功能、高参数、复杂性、定制化的社会发展需求；2)本专利技术通过在光敏树脂中加入质量百分比小于等于2％的石墨烯，应用本专利技术的第一步至第三步，可以获得比传统光固化3D打印更高强度的3D打印产品。当光敏树脂中加入石墨烯的质量百分比大于2％时，应用本专利技术的第一步至第三步，可以获得比传统光固化3D打印更高强度、具有较强的导电和导热性能、且具有防腐和耐磨能力的3D打印产品；3)本专利技术通过在光敏树脂中加入质量百分比大于5％的石墨烯，应用本专利技术的第一步至第五步或第六步，可以获得力学性能优异、高导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯光固化3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，将石墨烯微片与光敏树脂混合制成液态的含石墨烯的光敏树脂材料，其中石墨烯的质量分数大于0小于等于89％；第二步，将所述含石墨烯的光敏树脂材料放入光固化3D打印机中；第三步，根据产品的三维数字模型对光束进行角度、位置、速度和形状的调控，使所述含石墨烯的光敏树脂材料在光的作用下一层一层逐层固化或多层连续固化，然后层层堆积形成含石墨烯的产品坯型；还包括第四步和/或第五步和/或第六步：第四步，采用包括溶剂溶解、加热或催化在内的方法将含石墨烯的产品坯型中的光敏树脂去除，成为石墨烯光固化3D打印坯件；第五步，将所述石墨烯3D打印坯件进行物理加固或化学交联，使坯件成为具有良好物理、化学和力学性能的石墨烯制品；第六步，根据需要，进行装配、连接、热处理、表面处理等后续加工，获得石墨烯光固化3D打印的产品。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯光固化3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，将石墨烯微片与光敏树脂混合制成液态的含石墨烯的光敏树脂材料，其中石墨烯的质量分数大于0小于等于89％；第二步，将所述含石墨烯的光敏树脂材料放入光固化3D打印机中；第三步，根据产品的三维数字模型对光束进行角度、位置、速度和形状的调控，使所述含石墨烯的光敏树脂材料在光的作用下一层一层逐层固化或多层连续固化，然后层层堆积形成含石墨烯的产品坯型；还包括第四步和/或第五步和/或第六步：第四步，采用包括溶剂溶解、加热或催化在内的方法将含石墨烯的产品坯型中的光敏树脂去除，成为石墨烯光固化3D打印坯件；第五步，将所述石墨烯3D打印坯件进行物理加固或化学交联，使坯件成为具有良好物理、化学和力学性能的石墨烯制品；第六步，根据需要，进行装配、连接、热处理、表面处理等后续加工，获得石墨烯光固化3D打印的产品。2.如权利要求1所述的石墨烯光固化3D打印方法，其特征在于：所述单个石墨烯微片厚度方向上含石墨烯的层数小于等于10层，其它方向上的最大尺寸小于等于500微米。3.如权利要求1所述的石墨烯光固化3D打印方法，其特征在于：所述石墨烯为碳质量含量在99％以上的高纯度石墨烯，或者根据实际需要，采用经过氧原子、氟原子或其它原子修饰的、含有羟基、羧基、羰基和环氧基中的一种或几种官能团的石墨烯。4.如权利要求1所述的石墨烯光固化3D打印方法，其特征在于：所述石墨烯微片与光敏树脂均匀混合，光敏树脂中加入添加剂，包括稳定剂、填...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉开，杜秋芳，张磊，
申请(专利权)人：张辉开，
类型：发明
国别省市：上海,31