[发明专利]一种结构可控的多孔材料增材制造方法

说明书

本发明公开了一种结构可控的多孔材料增材制造方法，该方法包括以下步骤：首先根据应用需求确定多孔材料的内部结构，并绘制三维实体模型，然后确定需要采用的材料种类和规格，随后根据获得的三维实体模型生成包含制备路径信息的二维切片，设定增材制造参数后开始自动打印。本发明采用增材制造技术制作具有微细结构的多孔材料，极大地提高了多孔材料的制备效率和可行性，为复杂结构多孔材料的发展和应用提供了切实可行的技术方案，与传统工艺相比，在多孔材料设计、制备和应用方面都具有明显的优势。

技术领域

本发明涉及具有微细结构的多孔材料及其增材制备技术领域，具体而言，涉及一种结构可控的多孔材料增材制造方法。

背景技术

多孔材料因其独特的性能而被广泛应用于现代工业，一方面多孔材料具有较大的比表面积，因此可用于化工、环保、能源等领域；另一方面，多孔材料具有较低的密度和较高的强度，可用于航空航天、汽车、生物医疗等领域。

不同的应用领域对多孔材料的要求也不尽相同，催化用途和能源用途的多孔材料要求具有较多的开放孔洞结构，以提供催化反应所需的有效表面积，同时也能提供较好的传质效果，保证催化反应的高效进行；在环保领域，多孔材料可用于水处理、大气处理等方面，用于水处理时要求多孔材料能允许水流大量通过，同时也允许活性材料能负载在多孔材料表面，而用于大气处理时，多孔材料要允许气体大量通过，同时对低浓度的气体成分具有较高的处理能力，因此对多孔材料的孔洞大小、数量和形状都有特殊的要求；而减重节能用途的多孔材料则要求保持较高的强度，对孔洞尺寸和形状无特定要求。

针对不同领域的应用要求，需要对多孔材料的内部结构进行精细化控制。当前，多孔材料的制备工艺主要有粉末冶金、化学腐蚀、高分子发泡等，以上工艺均无法对多孔材料的内部结构进行精细化控制，所获得的多孔材料往往具有不规则多孔结构，且开孔和闭孔的情况不可控，不利于多孔材料的性能的高效利用。紫外光固化打印技术也常被用于制备多孔材料，其通过造孔剂的加入进行固化定型，后期烧结去除造孔剂，从而形成多孔结构，而所获得的多孔材料内部往往有较多的粘结剂残留，孔洞尺寸普遍大于100微米，且存在较多后期烧结导致的缺陷。激光3D打印和电子束3D打印技术作为近几年快速发展的增材制造技术，已被广泛应用于具有复杂内部结构的零部件制备，用于多孔材料制备时，与传统工艺相比，激光3D打印和电子束3D打印技术具有精度高、效率高等特点，可实现内结构的精细化控制，但用于制备小尺度多孔材料时，获得的多孔材料往往存在尺寸精度不够、表面质量差、卡粉等问题，使所制备的多孔材料内部孔隙度降低，综合质量无法达到设计要求。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构可控的多孔材料增材制造方法。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种结构可控的多孔材料增材制造方法，包括：构建待加工工件的三维实体模型；对三维实体模型进行二维切片化处理，得到切层数据；对切层数据进行扫描路径规划，并控制相邻两个二维切片的层间旋转角度、扫描间隔和层间厚度，形成扫描路径数据；将扫描路径数据导入增材制造设备中，选择与所要制造的多孔材料材质相同的原料，进行自动打印得到结构可控的多孔材料。

本发明还提供一种通过上述增材制造方法制造得到的结构可控的多孔材料。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种结构可控的多孔材料增材制造方法，其主要通过控制增材制造过程中的扫描路径数据的制定，即调控相邻两个二维切片的层间旋转角度、扫描间隔和层间厚度，实现结构可控的多孔材料的制备，本发明提供的多孔材料微细结构精细化控制方式可实现微小孔隙的尺寸、形状、数量、空间分布等特征的控制，根据应用场景的不同，可以制备出平均孔径为20-300微米、孔隙率为5-65％及孔型和空间分布灵活可控的多孔材料。由此本发明的实施有利于新型多孔材料精细化结构的开发研究及应用推广。

附图说明