一种复合结构超材料零件制造工艺及制造设备制造技术

本发明专利技术公开一种复合结构超材料零件制造工艺及制造设备，工艺包括步骤一、建立零件的3D模型并获得多材料切片数据，步骤二、制备活性前驱体树脂和无电解镀液，步骤三、选择性沉积处理，步骤四、重复加工直至零件制造完成，设备包括光学隔震平台、PμSL3D打印设备、多材料树脂切换控制机、连通管路系统和在位多材料无电解镀综合系统；本发明专利技术通过所制备的不同活性前驱体巧妙地将多材料3D打印工艺与功能镀层的无电解镀技术相结合，极大提升了现有3D打印技术的制造能力，同时可实现不同功能树脂材料、金属材料、氧化物、碳基纳米材料按照其任意的材料分布拓扑关系进行一体化组合制造，总体工艺简单高效。工艺简单高效。工艺简单高效。

【技术实现步骤摘要】
一种复合结构超材料零件制造工艺及制造设备


[0001]本专利技术涉及设备
，尤其涉及一种复合结构超材料零件制造工艺及制造设备。

技术介绍

[0002]超材料是一种人造物质，在结构上被设计成具有自然界中通常不存在的特性，其特性并非基于基础材料的特性而是基于人为设计的工程材料的物理结构，超材料依靠精确的几何形状/形状、尺寸、方向和单一或多种材料的排列来获得超出天然材料可能的特性，超材料是通常设计有新颖或人造结构以产生在自然界中不寻常或难以获得的电磁特性的材料。
[0003]由于超材料制造工艺的限制，目前超材料多集中于二维结构和单材料，其功能和应用领域受到了限制；特别是当前物理，化学，量子力学等学科的突飞猛进，迫切需要功能更加复杂，性质更加优良的超材料器件及其配套的制造工艺。
[0004]传统MEMS技术是目前二维单材料超材料结构零件制造的主要工艺，然而监由于其固有的制造能力限制，其无法制造三维的、复杂的具有更加强大功能的超材料结构零件，同时传统方法制造多材料三维结构比较困难，成本高，效率低，而且可控性差，对环境和加工工艺的要求也比较高，存在材料兼容性差的问题；而目前的多材料3D打印可以一次制造拥有多种功能或物理属性的产品，但依然受限于打印效率低；打印分辨率差，难以实现微尺度特征结构打印，尤其是无法实现宏/微/纳多尺度和跨尺度制造，单一工艺受局限于少量材料品种等技术障碍，因此，本专利技术提出一种复合结构超材料零件制造工艺及制造设备以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种复合结构超材料零件制造工艺及制造设备，该复合结构超材料零件制造工艺及制造设备。
[0006]为实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种复合结构超材料零件制造工艺，包括以下步骤：
[0007]步骤一、在三维软件中建立所需具有明确材料拓扑关系的塑料
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金属
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氧化物
‑
碳基纳米材料的复合结构超材料零件的3D模型并获得多材料切片数据；
[0008]步骤二、利用光固化树脂材料改性技术制备金属与氧化物活性前驱体树脂和碳基纳米材料活性前驱体树脂，同时制备所需不同镀层所对应的A类金属镀液、B类氧化物镀液和C类碳基纳米材料镀液三种无电解镀液；
[0009]步骤三、利用PμSL3D打印技术完成一层树脂与不同活性前驱体树脂的复合结构制造，同时利用在位无电解镀方法使用步骤二中制备的三种无电解镀液在不同种类的活性前驱体进行对应的镀层材料的选择性沉积；
[0010]步骤四、读取下一个切片层的多材料切片数据，并重复步骤三直至零件制造完成。
[0011]进一步改进在于：所述步骤一中具体方法为，先在三维软件中建立具有所需不同材料拓扑分布关系的复合结构超材料零件的CAD模型；然后在已建立的零件三维模型中标记不同的材料拓扑属性，即明确金属，氧化物或碳基纳米材料选择性沉积的区域；最后利用微积分原理沿着零件模型坐标系Z轴方向进行插补分割，得到制造零件所需的切片文件，切片文件包含了切片后每一层不同材料拓扑所对应的切片图案信息和材料类别信息。
[0012]进一步改进在于：所述步骤二中金属与氧化物活性前驱体树脂和碳基纳米材料活性前驱体树脂制备方法包括以下
[0013]S1、在常温环境下先将1组份的EDTA4Na粉末溶入1组份去离子水中，并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌20min，得到2组份的金属与氧化物活性前驱体溶液；
[0014]S2、取15组份金属与氧化物活性前驱体溶液倒入85组份的功能光固化树脂材料中并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌20min，然后在球磨研磨机中研磨处理2h，获得100组份的金属与氧化物活性前驱体树脂；
[0015]S3、在常温环境下先将8组份三甲基氯化铵粉末溶入10组份的功能光固化树脂材料中，并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌20min，得到18组份的碳基纳米材料活性前驱体溶液；
[0016]S4、取15组份的碳基纳米材料活性前驱体溶液倒入85组份的功能光固化树脂材料中，并按照S2的处理方法进行处理，得到碳基纳米材料活性前驱体树脂。
[0017]进一步改进在于：所述功能光固化树脂材料为刚性光固化树脂、柔性光固化树脂、压电光固化树脂、磁性光固化树脂、形状记忆光固化树脂和导电光固化树脂中的一种或多种混合物。
[0018]进一步改进在于：所述步骤二中三种无电解镀液制备方法包括以下
[0019]所述A类金属镀液制备，先在常温环境下将26组份次亚磷酸镍，12组份硼酸，3组份硫酸铵和5组份醋酸钠分别溶入1000组份去离子水中，并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌30min，得到1000组份金属镍无电解镀液，然后利用NaOH溶液调整金属镍无电镀溶液的PH值使其稳定在5.5
‑
6之间，所述A类金属镀液包含所有基于贵金属粒子诱导沉积的金属无电解镀液种类；
[0020]所述B类氧化物镀液制备，包含了ZnO无电解镀液和Fe3O4无电解镀液的制备，ZnO无电解镀液的制备包括先在常温环境下将30组份六水合硝酸锌，1组份二甲基胺硼烷分别溶入2000组份去离子水中，并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌30min，得到2000组份ZnO无电解镀液，然后利用NaOH溶液调整ZnO无电解镀液的PH值使其稳定在9
‑
11之间；Fe3O4无电解镀液的制备包括先在常温环境下将2组份二甲基胺硼烷，1组份硝酸铁九水合物分别溶入1000组份去离子水中，并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌30min，得到1000组份Fe3O4无电解镀液，然后利用NaOH溶液调整Fe3O4无电解镀液的PH值使其稳定在9
‑
11之间；
[0021]所述C类碳基纳米材料镀液制备，包含了碳纳米管无电解镀液和石墨烯无电解镀液的制备，碳纳米管无电解镀液的制备包括在常温下将1组份的碳纳米管和2组份的十二烷基硫酸钠加入到1000组份的去离子水中，并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌30min进行初步分散，然后置于超声分散设备中继续分散处理3h，得到1000组份的碳纳米管无电解镀液，然后将带负电的基材在碳纳米管无电解镀液中浸泡2h使碳纳米管无电解镀液带负电荷；石墨烯无电解镀液的制备包括将1组份的石墨烯和2组份的十二烷基硫酸钠加入到1000
组份的乙醇中，并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌30min进行初步分散，然后置于超声分散设备中继续分散处理3h，得到1000组份的石墨烯无电解镀液，然后将带负电的基材在石墨烯无电解镀液中浸泡2h使石墨烯无电解镀液带负电荷。
[0022]进一步改进在于：所述步骤三中根据步骤一中得到的多材料切片数据分别成型本层所要求的不同树脂或活性前驱体该层的拓扑形状，当成型材料为功能光固化树脂材料，则进行下一类材料的3D打印成型；当成型材料为活性前驱体，则根据切片数据要求的选择本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合结构超材料零件制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、先在三维软件中建立具有所需不同材料拓扑分布关系的复合结构超材料零件的CAD模型；然后在已建立的零件三维模型中标记不同的材料拓扑属性，即明确金属，氧化物或碳基纳米材料选择性沉积的区域；最后利用微积分原理沿着零件模型坐标系Z轴方向进行插补分割，得到制造零件所需的包含了切片后每一层不同材料拓扑所对应的切片图案信息和材料类别信息的切片文件；步骤二、利用光固化树脂材料改性技术制备金属与氧化物活性前驱体树脂和碳基纳米材料活性前驱体树脂，同时制备所需不同镀层所对应的A类金属镀液、B类氧化物镀液和C类碳基纳米材料镀液三种无电解镀液；步骤三、利用PμSL3D打印技术完成一层树脂与不同活性前驱体树脂的复合结构制造，同时利用在位无电解镀方法使用步骤二中制备的三种无电解镀液在不同种类的活性前驱体进行对应的镀层材料的选择性沉积；具体为根据步骤一中得到的多材料切片数据分别成型本层所要求的不同树脂或活性前驱体该层的拓扑形状，当成型材料为功能光固化树脂材料，则进行下一类材料的3D打印成型；当成型材料为活性前驱体，则根据切片数据要求的选择性沉积材料类别自动触发所对应材料的在位无电解镀工艺；步骤四、根据增材制造的分层制造思想，在一层零件制造完成后，自动循环之下一切片层并根据该层多材料切片数据的要求，重复步骤三直至完成所有切片层塑料
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金属
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氧化物
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碳基纳米材料复合结构超材料零件的制造。2.根据权利要求1所述的一种复合结构超材料零件制造工艺，其特征在于：所述步骤二中金属与氧化物活性前驱体树脂和碳基纳米材料活性前驱体树脂制备方法包括以下S1、在常温环境下先将1组份的EDTA 4Na粉末溶入1组份去离子水中，并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌20min，得到2组份的金属与氧化物活性前驱体溶液；S2、取15组份金属与氧化物活性前驱体溶液倒入85组份的功能光固化树脂材料中并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌20min，然后在球磨研磨机中研磨处理2h，获得100组份的金属与氧化物活性前驱体树脂；S3、在常温环境下先将8组份三甲基氯化铵粉末溶入10组份的功能光固化树脂材料中，并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌20min，得到18组份的碳基纳米材料活性前驱体溶液；S4、取15组份的碳基纳米材料活性前驱体溶液倒入85组份的功能光固化树脂材料中，并按照S2的处理方法进行处理，得到碳基纳米材料活性前驱体树脂。3.根据权利要求2所述的一种复合结构超材料零件制造工艺，其特征在于：所述功能光固化树脂材料为刚性光固化树脂、柔性光固化树脂、压电光固化树脂、磁性光固化树脂、形状记忆光固化树脂和导电光固化树脂中的一种或多种混合物。4.根据权利要求1所述的一种复合结构超材料零件制造工艺，其特征在于：所述步骤二中三种无电解镀液制备方法包括以下所述A类金属镀液制备，先在常温环境下将26组份次亚磷酸镍，12组份硼酸，3组份硫酸铵和5组份醋酸钠分别溶入1000组份去离子水中，并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌30min，得到1000组份金属镍无电解镀液，然后利用NaOH溶液调整金属镍无电镀溶液的PH值
使其稳定在5.5
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6之间，所述A类金属镀液包含所有基于贵金属粒子诱导沉积的金属无电解镀液种类；所述B类氧化物镀液制备，包含了ZnO无电解镀液和Fe3O4无电解镀液的制备，ZnO无电解镀液的制备包括先在常温环境下将30组份六水合硝酸锌，1组份二甲基胺硼烷分别溶入2000组份去离子水中，并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌30min，得到2000组份ZnO无电解镀液，然后利用NaOH溶液调整ZnO无电解镀液的PH值使其稳定在9
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11之间；Fe3O4无电解镀液的制备包括先在常温环境下将2组份二甲基胺硼烷，1组份硝酸铁九水合物分别溶入1000组份去离子水中，并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌30min，得到1000组份Fe3O4无电解镀液，然后利用NaOH溶液调整Fe3O4无电解镀液的PH值使其稳定在9
‑
11之间；所述C类碳基纳米材料镀液制备，包含了碳纳米管无电解镀液和石墨烯无电解镀液的制备，碳纳米管无电解镀液的制备包括在常温下将1组份的碳纳米管和2组份的十二烷基硫酸钠加入到1000组份的去离子水中，并在磁力搅拌器中以1200RPM的速度搅拌30min进行初步分散，然后置于超声分散设备中继续分散处理3h，得到1000组份的碳纳米管无...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋珂炜，
申请(专利权)人：宋珂炜，
类型：发明
国别省市：