一种长波长激光打印材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种长波长激光打印材料的方法，其特征在于，包括：步骤S1：称取树脂以及碳化硅或金属粉体；在树脂中添加复合分散剂和引发剂，制得混合溶液；将碳化硅或金属粉体以及碳化硼粉体加入所述的混合溶液中，制备得到碳化硅或金属浆料；取所述的碳化硅或金属浆料用SZQ型四面湿膜制备器，将其均匀地涂在平板上；使用波长为600nm～11μm的激光器进行扫描加热，使所述的碳化硅或金属浆料固化；对固化后的碳化硅或金属生坯进行烧结，制得碳化硅或金属器件。本发明专利技术解决了在碳化硅材料中结构的精准控“形”问题。

A method of long wavelength laser printing material

【技术实现步骤摘要】
一种长波长激光打印材料的方法
本专利技术涉及一种长波长激光打印材料的方法。
技术介绍
碳化硅陶瓷具有较好的机械强度，优异的耐腐蚀性和抗氧化性能，并且导热性能高、热膨胀系数小，是陶瓷材料中高温力学性能最好的材料之一，被广泛的应用于国防、机械、化工、冶金和电子等领域。由于碳化硅陶瓷具有硬度高、脆性大等特点，给其加工成型带来了很大的困难。简单结构的器件可以用传统方法制备，不需要3D打印。高致密的非规则形状的碳化硅零件的制造是一个难点。目前研究制备碳化硅零件的方法，多使用预制前驱体、注浆成型和挤出成型的方法。但预制前驱体的方法工艺较复杂，成本较高，且制备的碳化硅陶瓷强度不高。而注浆成型成品率较低，周期较长，不利于机械化与自动化并且难以保证产品质量。采用挤出成型制备碳化硅的方法，挤出精度较低。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种长波长激光打印材料的方法，其能够解决在制备硬质材料生产过程中结构的精准控“形”问题。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种长波长激光打印材料的方法，其特征在于，包括：步骤S1：称取体积比为1:1～1:2的树脂以及碳化硅或金属粉体；在树脂中添加碳化硅或金属粉体总量2～10wt％的复合分散剂，混合搅拌5-10分钟，继续添加树脂总量0.5wt％～2wt％的引发剂，混合搅拌5-10分钟，制得混合溶液；步骤S2、按照碳化硅或金属粉体总量的1.4-1.6wt％称取碳化硼粉体，将称取的碳化硅或金属粉体以及碳化硼粉体加入所述的混合溶液中，继续混合搅拌直至粉体完全分散，制备得到固相含量为35vol％～55vol％的碳化硅或金属浆料；步骤S3、取所述的碳化硅或金属浆料用SZQ型四面湿膜制备器，将其均匀地涂在平板上，厚度为45-55μm；步骤S4、使用波长为600nm～11μm的激光器进行扫描加热，使所述的碳化硅或金属浆料固化；步骤S5、再次使用SZQ型四面湿膜制备器，将碳化硅或金属浆料均匀地涂在已固化的碳化硅或金属表层，厚度为45-55μm；步骤S6、依次重复步骤S4和S5，得到固化后的碳化硅或金属生坯；步骤S7、对固化后的碳化硅或金属生坯进行烧结，制得碳化硅或金属器件。优选地，所述的金属为适于激光加热固化成型和烧结的金属，如不锈钢、模具钢、铜合金、铝合金等。优选地，所述步骤S1的树脂为甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、2-苯氧基乙基丙烯酸酯(PHEA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PET3A)、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯(BPA4DMA)中的任意一种或两种以上组合。更优选地，所述的步骤S1的树脂由体积比为3:4:3的甲基丙烯酸羟乙酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯混合而成。单官能团树脂单体可以降低碳化硅浆料的粘度和反应性，增加固相含量，其生坯的脆性较低、脱粘更快速。多官能团的树脂单体增加树脂反应性，其坯体脆性更高、脱粘更慢。本专利技术的树脂需要合适的反应性和脱粘性，过快和过慢都不利于获得组织均匀的样品，导致其力学性能不均匀，本专利技术将单官能团树脂和多官能团树脂按照一定比例配比得到力学性能均匀的样品。优选地，所述的步骤S1的复合分散剂为BYK-2012、BYK-110、BYK-180、BYK-106、油酸、硬脂酸和聚丙烯酸中的两种以上组合而成。优选地，所述的复合分散剂由质量比为1:1～3:2的BYK-2012和BYK-106组成。分散剂有效防止陶瓷粉体沉降，团聚，实现浆料的高稳定性。分散性好的碳化硅浆料，3D打印时浆料更容易成型。复合分散剂可以得到分散性较好的粘度较低的浆料，能够进一步提升固相含量，且能够很好的减弱碳化硅浆料存在的剪切增稠现象，可以提高碳化硅粉体在树脂中的分散均匀性，有利于烧结的密度和性能的均匀性。优选地，所述的步骤S1的引发剂由质量比为1:1的过氧化二苯甲酰和N,N-二甲基乙酰胺组成。复合引发剂是光热固化，可以降低固化温度和固化时间。优选地，所述的步骤S4中所选择的激光器是低功率长波长的激光器，激光波长范围在600～11μm。低功率长波长有利于降低激光粒子的冲击性，而凸显出其加热性能，有利于提高固化效果。优选地，所述的步骤S7中烧结是将打印后的碳化硅坯体在2100℃氩气气氛条件下烧结保温30～60min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于3D打印的技术原理，通过选择合适的树脂、分散剂以及引发剂的种类和添加比例制备出分散剂较好、粘度较低且适合用于3D打印的碳化硅浆料。并且制备出的碳化硅器件具有较高的精度和致密性，有效解决了目前利用其它成型工艺制备碳化硅复杂器件成品率、精度低的问题，克服了材料结构与功能协调设计、控"性"与复杂形状增材制造控"形"完美结合的技术难题。本专利技术利用长波长激光加热的特性，使得通过3D打印技术制备高精度、高强度碳化硅陶瓷变得更具有可行性。同时长波长激光打印的方法也可用于金属打印，开拓了3D打印在金属中的应用前景。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1一种长波长激光打印材料的方法，具体步骤为：步骤S1、称取体积比为1:1的树脂和碳化硅粉体，树脂是体积比为2:1:4:3的HEMA、PHEA、HDDA和TMPTA均匀混合的混合树脂；步骤S2、在树脂中添加碳化硅粉体总量2wt％的复合分散剂，复合分散剂为质量比为1:1的BYK-110和BYK-106，混合搅拌5分钟；步骤S3、添加树脂总量1.5wt％的复合引发剂，复合引发剂为质量比为1:1的过氧化二苯甲酰和N,N-二甲基乙酰胺，混合搅拌5分钟，制得混合溶液；步骤S4、按照碳化硅粉体总量的1.5wt％称取碳化硼粉体，将称取的碳化硅粉体和碳化硼粉体加入所述的混合溶液中，继续混合搅拌60分钟直至粉体完全分散，制备得固相含量为50vol％的碳化硅浆料；步骤S5、取所述的碳化硅浆料用SZQ型四面湿膜制备器，将其均匀的涂在平板上，厚度为50μm；步骤S6、使用波长为684nm的激光器，选择800mw)功率及1.5m/s扫描速度对选中的区域进行扫描加热，使所述的碳化硅浆料固化；步骤S7、再次使用SZQ型四面湿膜制备器，将碳化硅浆料均匀涂在已固化的碳化硅表层，厚度为50μm；步骤S8、依次重复步骤S6和S7，得到固化后的碳化硅陶瓷生坯。步骤S9、对固化后的碳化硅陶瓷坯体在氩气气氛和2100℃温度条件下烧结保温30min，制成碳化硅陶瓷，该材料强度高，精度高，精度可以达到正负0.05mm。实施例2一种长波长激光打印材料的方法，具体步骤为：步骤S1、称取体积比为2:3的树脂和碳化硅粉体，树脂是体积比为3:4:3的HEMA、HDDA和TMPTA均匀混合的混合树脂；步骤S2、在树脂中添加碳化硅粉体总量4wt％的复合分散剂，复合分散剂为质量比为1:2的BYK-2012和BYK-106，混合搅拌8分钟；步骤S3、继续添加树脂总量2wt％的复合引发剂，复合引发剂为质量比为1:1的过氧化二苯甲酰和N,N-二甲基乙酰胺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长波长激光打印材料的方法，其特征在于，包括：步骤S1：称取体积比为1:1～1:2的树脂以及碳化硅或金属粉体；在树脂中添加碳化硅或金属粉体总量2～10wt％的复合分散剂，混合搅拌5‑10分钟，继续添加树脂总量0.5wt％～2wt％的引发剂，混合搅拌5‑10分钟，制得混合溶液；步骤S2、按照碳化硅或金属粉体总量的1.4‑1.6wt％称取碳化硼粉体，将称取的碳化硅或金属粉体以及碳化硼粉体加入所述的混合溶液中，继续混合搅拌直至粉体完全分散，制备得到固相含量为35vol％～55vol％的碳化硅或金属浆料；步骤S3、取所述的碳化硅或金属浆料用SZQ型四面湿膜制备器，将其均匀地涂在平板上，厚度为45‑55μm；步骤S4、使用波长为600nm～11μm的激光器进行扫描加热，使所述的碳化硅或金属浆料固化；步骤S5、再次使用SZQ型四面湿膜制备器，将碳化硅或金属浆料均匀地涂在已固化的碳化硅或金属表层，厚度为45‑55μm；步骤S6、依次重复步骤S4和S5，得到固化后的碳化硅或金属生坯；步骤S7、对固化后的碳化硅或金属生坯进行烧结，制得碳化硅或金属器件。

【技术特征摘要】
1.一种长波长激光打印材料的方法，其特征在于，包括：步骤S1：称取体积比为1:1～1:2的树脂以及碳化硅或金属粉体；在树脂中添加碳化硅或金属粉体总量2～10wt％的复合分散剂，混合搅拌5-10分钟，继续添加树脂总量0.5wt％～2wt％的引发剂，混合搅拌5-10分钟，制得混合溶液；步骤S2、按照碳化硅或金属粉体总量的1.4-1.6wt％称取碳化硼粉体，将称取的碳化硅或金属粉体以及碳化硼粉体加入所述的混合溶液中，继续混合搅拌直至粉体完全分散，制备得到固相含量为35vol％～55vol％的碳化硅或金属浆料；步骤S3、取所述的碳化硅或金属浆料用SZQ型四面湿膜制备器，将其均匀地涂在平板上，厚度为45-55μm；步骤S4、使用波长为600nm～11μm的激光器进行扫描加热，使所述的碳化硅或金属浆料固化；步骤S5、再次使用SZQ型四面湿膜制备器，将碳化硅或金属浆料均匀地涂在已固化的碳化硅或金属表层，厚度为45-55μm；步骤S6、依次重复步骤S4和S5，得到固化后的碳化硅或金属生坯；步骤S7、对固化后的碳化硅或金属生坯进行烧结，制得碳化硅或金属器件。2.如权利要求1所述的长波长激光打印材料的方法，其特征在于，所述步骤S1的树脂为甲基丙烯酸羟乙酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、1,6己二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、三...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹传如，王操，赵喆，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31