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技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。更加适合打印复杂精细结构。更加适合打印复杂精细结构。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术属于金属材料增材制造
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术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。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术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。
[0008]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。
[0009]本专利技术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：
[0010]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；
[0011]各原料配比如下：
[0012]铝合金粉体10～50重量份；无水乙醇100重量份；去离子水10～50重量份；引发剂0.1～0.5重量份，苯乙烯10～50重量份；
[0013]步骤2，将配方量的无水乙醇和去离子水加入到装有冷凝管和机械搅拌装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于恒温油浴锅中，转速调至400r/min，升温至55℃；
[0014]然后，将配方量的铝合金粉体分批加入到装有无水乙醇和去离子水的三口烧瓶中，加入完成后继续搅拌30min，使铝合金粉体充分分散在无水乙醇和去离子水中，得到铝合金粉体混合液；
[0015]步骤3，将配方量的引发剂置于配方量的苯乙烯中，搅拌均匀，得到引发剂的苯乙烯溶液；
[0016]步骤4，采用恒压滴液漏斗，向三口烧瓶内的铝合金粉体混合液中以1滴/s的速率滴加引发剂的苯乙烯溶液，滴加完成后，以2℃/min升温速度，将油浴温度升高至75℃，恒温搅拌1～2h，通过引发剂使苯乙烯发生聚合反应，然后升温至80℃，6h后停止反应，得到聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品；
[0017]步骤5，采用乙醇清洗聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品3～5次，然后，将聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品放入烘箱中，50℃下干燥12h，得到对铝合金粉体进行表面改性后的最终样品，即：聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体。
[0018]优选的，引发剂为过氧化二苯甲。
[0019]本专利技术还提供一种适用于立体光刻技术的合金浆料，包括聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体，还包括光敏树脂、分散剂和光引发剂；
[0020]各原料配比如下：
[0021]聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体30～50体积份；光敏树脂50～70体积份；
[0022]将聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体质量表示为W1；将光敏树脂质量表示为W2；则：光引发剂的添加量＝(0.5～1)％*W2；分散剂的添加量＝(2～5)％*W1；
[0023]所述适用于立体光刻技术的合金浆料的粘度范围为800～5000厘泊；
[0024]所述适用于立体光刻技术的合金浆料，其固化深度随着曝光强度的增加而增加；其固化深度的范围为60μm～90μm。
[0025]优选的，光敏树脂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；分散剂为SP710分散剂；光引发剂为双(2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦。
[0026]本专利技术还提供一种适用于立体光刻技术的合金浆料的制备方法，包括以下步骤：
[0027]将配方量的聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、配方量的光敏树脂、配方量的分散剂和配方量的光引发剂混合均匀后，采用球磨机球磨2～4h，料球比为4：1～2：1，转速控制
在250～300r/min，得到最终的适用于立体光刻技术的合金浆料。
[0028]本专利技术还提供一种立体光刻3D打印方法，包括以下步骤：
[0029]以权利要求5所述的适用于立体光刻技术的合金浆料为原材料，进行立体光刻3D打印，将适用于立体光刻技术的合金浆料打印成型，得到铝合金原型件；
[0030]其中，立体光刻3D打印方法工艺参数为：首先采用光敏树脂进行打底，打印层厚为0.05mm，层数为1
‑
5层，底层曝光时间为8～10s；随后采用适用于立体光刻技术的合金浆料打印，打印层厚为0.025mm，单层曝光时间为10s～20s。
[0031]优选的，立体光刻3D打印为立体光刻技术、数字光处理技术中的一种。
[0032]本专利技术提供的一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、合金浆料、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体，其特征在于，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。3.一种权利要求1所述的聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的制备方法，其特征在于，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：铝合金粉体10～50重量份；无水乙醇100重量份；去离子水10～50重量份；引发剂0.1～0.5重量份，苯乙烯10～50重量份；步骤2，将配方量的无水乙醇和去离子水加入到装有冷凝管和机械搅拌装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于恒温油浴锅中，转速调至400r/min，升温至55℃；然后，将配方量的铝合金粉体分批加入到装有无水乙醇和去离子水的三口烧瓶中，加入完成后继续搅拌30min，使铝合金粉体充分分散在无水乙醇和去离子水中，得到铝合金粉体混合液；步骤3，将配方量的引发剂置于配方量的苯乙烯中，搅拌均匀，得到引发剂的苯乙烯溶液；步骤4，采用恒压滴液漏斗，向三口烧瓶内的铝合金粉体混合液中以1滴/s的速率滴加引发剂的苯乙烯溶液，滴加完成后，以2℃/min升温速度，将油浴温度升高至75℃，恒温搅拌1～2h，通过引发剂使苯乙烯发生聚合反应，然后升温至80℃，6h后停止反应，得到聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品；步骤5，采用乙醇清洗聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品3～5次，然后，将聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品放入烘箱中，50℃下干燥12h，得到对铝合金粉体进行表面改性后的最终样品，即：聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体。4.根据权利要求3所述的聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇贝，李珊，王功，刘兵山，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：