[发明专利]石墨烯（氧化石墨烯）复合材料的3D打印

说明书

本发明提供了一种用于打印3D打印对象(100)的方法，3D打印对象(100)包括具有导电性质的第一类型的打印材料(1120)和具有电绝缘性质的第二类型的打印材料(2120)，其中该方法包括：(Ⅰ)提供可打印材料(110)，其中可打印材料(110)具有电绝缘性质，并且其中可打印材料(110)可通过热量而转化成具有导电性质的材料(1110,1120)；(Ⅱ)利用3D打印机(500)来打印所述可打印材料(110)，以生成打印材料(120)；以及(Ⅲ)使沉积后的打印材料(120)的一部分受热；以提供所述3D打印对象(100)。

技术领域

本发明涉及一种用于产生3D打印对象的方法。

背景技术

增材技术在本领域中是已知的，在增材技术中材料被包含在经由这样的技术而制成的对象中。例如，US2013303002描述了一种用于微电子器件的三维互连结构以及一种用于产生这样的互连结构的方法。该方法包括使用添加分层制造工艺来制造主体结构的步骤。主体结构包括三维包覆骨架和支撑结构。包覆骨架包括层状自由形式的骨架部分，在导电材料被施加在主体结构上之后，这些骨架部分将形成互连结构的电触件之间的电互连部。支撑结构支撑层状自由形式的骨架部分。可以去除部分的支撑结构，以隔离和/或暴露电互连部。包覆骨架可以由绝缘材料埋设，以用于提供进一步的支撑。除其他外，包覆骨架部分形成单个连接管，该单个连接管通过将镀层流体冲刷通过管而被包覆在内表面上，以用于形成电互连部。

增材制造(AM)是材料加工的不断发展的领域。它可以用于生产中的快速成型、定制、后期配置或进行小系列生产。在许多情况下，为创建3D打印对象中的新功能，导电的线或路径(“轨道”)对电力而言是必需的。例如，当封装LED时，可能需要导线，以便驱动并接通LED。3D打印部件中的配件导线需要复杂的打印几何结构并限制了打印的自由度。此外，在打印期间施加导线严重地阻碍了打印过程和速度(例如，打印必须暂停以插入导线)。另外，线状连接部将留下薄弱点。利用当前的3D打印技术，无法在部件中打印纯金属导电路径。此外，允许打印金属的技术(激光或电子束诱导的金属颗粒烧结/熔化)不允许相伴随地打印另一材料。允许多种材料打印的、如熔融沉积成型(FDM)或喷射等的技术尚不允许导电金属的打印。为了克服这一问题，可以使用基于金属的打印复合材料细丝(filament)，其显示出相对良好的导电性质。然而，这些细丝将必须与绝缘细丝交替，以创建3D导电通道。

US-2014/265035公开了一种通过3D打印一种材料来制造对象的方法，这种材料根据挤出工艺期间传递到该材料的热的量而展示出性质的不可逆或单向变化。在所公开的方法中，材料被加热到适于挤出的温度。在挤出工艺期间，控制器改变材料通过挤出机的流速，以引起到材料的热传递的改变，使得可以在对象内控制材料的热可控性质。

发明内容

因此，本发明的一个方面提供了一种用于打印3D对象的替代性方法，该方法优选地进一步至少部分地消除了上述缺点中的一个或多个缺点。

绝缘基体中导电路径的3D打印通常需要至少两种细丝(假设例如熔融沉积成型)，一种具有绝缘材料的细丝，以及一种具有大于渗流阈值的分散的金属的细丝。本发明提出使用是绝缘体但可以被(热)激活成为导体的材料。因此，可以使用相同的材料来打印甚至是绝缘的线的绝缘和导电路径。这允许仅使用单一起始材料来进行打印以产生具有绝缘元件和导电元件的部件的打印技术。此外，这可以大大地简化打印具有导电轨道(被包含在3D对象中)的3D对象。特别地，提出了将例如氧化石墨烯包含在聚合物中的解决方案，来解决上述问题，因为氧化石墨烯是绝缘体，但是如果通过例如激光或其他手段进行退火，氧化石墨烯可以被还原成石墨烯，石墨烯是良好的电导体。

使用石墨烯的附加优点是可持续性。在不同材料被沉积在一起的3D打印部件中，在部件寿命结束时很难分离组分。当涉及电子组件和连接时，这尤其是个难点，因为嵌入意味着整个产品成为电子垃圾。考虑到这样的嵌入式装备中有价值的材料的浓度低，回收将受到很大限制，而同时环境负担将增加。石墨烯和氧化石墨烯或者本文提出的其他材料可以基本上对环境没有影响。