[发明专利]一种基于光固化3D打印成形技术的多孔蜂窝结构的四氧化三铁的制备方法

说明书

一种基于光固化3D打印成形技术的多孔蜂窝结构的四氧化三铁的制备方法属于3D打印技术及工业金属、环境治理、医疗应用领域。DLP(数字光固化)3D打印技术具有成型速度快，打印模型精度高，成本低廉等优势。本发明是通过以下软件和装置实现的。使用Solidworks设计并优化三维模型，将模型导入Q3DP软件进行切片，按照特定的比例配制浆料并进行球磨，将浆料倒入到BESK打印机树脂槽中开始打印，打印完成后的坯体再放入中号炉中按照特定的参数进行脱脂和烧结。最终得到电磁学性能优异，呈多孔蜂窝结构的四氧化三铁结构，对于重金属离子有着良好的吸附能力，去除率高达85％‑90％，可用于环境治理和医疗领域。

技术领域

本发明涉及3D打印技术及工业金属、环境治理、医疗应用领域，特别是使用了DLP(数字光固化)3D打印技术制备了具有良好电磁学性能的用于吸附重金属离子的四氧化三铁蜂窝结构。

背景技术

磁铁具有良好的吸附性，特别是对镉、铅、铜、镍、铬等重金属有着良好的吸附能力，四氧化三铁(Fe₃O₄)是一种典型的磁铁。在现代工业产生的污水中，往往含有大量的重金属离子，目前的处理方法有化学沉淀法、化学还原法、溶剂萃取分离法、吸附法。化学沉淀法难以去除干净；化学还原法药剂用度高，处理本钱大；溶剂在萃取过程中的流失和再生过程中能源消耗大，使溶剂萃取法存在一定局限性；对于吸附法，例如活性炭之类的吸附材料再生效率低，吸附容量有限。在医学上，重金属中毒也是一种常见的病例，尤其是在金属厂工人这类群体中颇为高发，而对这类患者的治疗往往需要一段很长的疗程，并且治疗价格也相对高昂。但是如果能够利用四氧化三铁的磁学性质对患者的血液进行透析，便可以快速且有效的解决患者体内重金属超标的状况，并且治疗费用也不会太昂贵。因此，解决这两个问题最好的方法就是将四氧化三铁(Fe₃O₄)设计为致密蜂窝结构，控制其孔隙率大小，进而制作成筛网，有效的运用于治理污水和血液透析中的重金属的去除。然而，制造蜂窝结构四氧化三铁(Fe₃O₄)对于传统工艺而言是十分困难的，传统制造方法得到的四氧化三铁(Fe₃O₄)结构简单、精度较低。为了实现高精度的蜂窝状四氧化三铁(Fe₃O₄)制备，本发明将传统金属制造工艺与3D打印技术相结合，先使用DLP 3D打印技术制备四氧化三铁坯体，再通过传统的烧结方法制备成蜂窝状四氧化三铁(Fe₃O₄)成品。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于DLP 3D打印技术制造多孔蜂窝结构的四氧化三铁(Fe₃O₄)的方法。

本发明是通过以下材料及装置实现的：粒径尺寸≤10μm的四氧化三铁(Fe₃O₄)粉末，405nm波段光敏树脂，3D打印机，球磨机，烧结炉。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一、使用三维建模软件进行模型的绘制

设计蜂窝结构，通过改变支梁结构尺寸和壁厚大小调控孔隙率。将处理完的模型导入有限元分析软件ABAQUS中进行模拟，通过装配、添加载荷、设置约束、网格划分步骤，对模型进行力学模拟。

使用三维建模软件设计多孔结构，根据有限元分析软件的力学模拟结果对多孔结构进行调整。随着孔隙率的提高，模型机械性能会逐渐减弱，但吸附重金属离子性能表现更加优秀，一般孔隙率在60％-90％之间的多孔结构研究价值比较大，本发明中的多孔结构孔隙率在85％-90％。

二、配置打印所用浆料