[发明专利]一种基于光热协同固化的金属墨水及其增材制造的方法

说明书

本发明公开了一种基于光热协同固化的金属墨水及其增材制造的方法，涉及功能墨水技术领域。该墨水组成为：金属粉末50％‑95％，光敏树脂1％‑35，光敏单体1％‑35％，光引发剂0.1％‑7％，热引发剂0.1％‑5％，上转换材料0.1％‑5％，助剂0％‑2％。将金属墨水加入直写3D打印机墨水槽中，在计算机控制下金属墨水从喷头中挤出至打印平台堆积，在特定光源的实时照射下固化成型，制得胚体；将所得坯体在特定氛围中进行高温脱脂处理；将处理后的坯体在特定氛围中进行高温高压烧结处理后冷却至室温。由于该墨水在打印过程中可以被较好的实时固化，且达到较高的固化程度，从而能够实现无支撑结构的金属增材制造。

技术领域

本发明涉及功能墨水技术领域，尤其是涉及一种基于光热协同固化的金属墨水及其增材制造的方法。

背景技术

金属增材制造技术在医疗、汽车、航空航天等领域有着广泛应用。目前金属增材制造的方法主要有选择性激光(电子束)金属粉末熔融技术，激光(电子束)金属直接沉积技术，粘结剂喷射技术，线材熔融挤出技术，金属立体光刻技术等。这些金属增材制造技术均已不同程度的实现工业化应用。但以上现有的金属增材制造技术依旧存在不同程度的局限性。

光聚合辅助金属墨水直写增材制造技术已被报道，可以实现多金属材料、非均质金属材料的增材制造。但由于光在金属墨水中的穿透性较差，固化深度不足，难以实现无支撑结构的打印，使得该方法的应用受到了极大的限制。为了提高墨水的光固化深度，在已有的专利报道中，利用近红外作为固化光源，但由于金属墨水较高的光屏蔽特性，使其固化深度仍然有限，无法实现对金属墨水的实时固化，无支撑结构的金属增材制造依旧是行业未能攻克的难题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于光热协同固化的金属墨水及其增材制造的方法。本发明基于光热协同作用，有效提升了墨水的固化深度和固化速度，实现了金属墨水的无支撑增材制造。通过多喷头或同轴喷头的共同作用可以实现多金属材料的增材制造。

本发明的技术方案如下：

一种基于光热协同固化的金属墨水，所述金属墨水所含原料及各原料的质量百分数为：

所述金属粉末为铁、铜、铝、银、锡、镁、镍、钛、钒、铬、锰、钴、镍、锌、镓、锗、铝合金、铜合金、不锈钢合金、镍合金中的一种或多种。

优选地，金属粉末的形貌规格为球状、针状、棒状、片状中的一种或多种；所述金属粉末的粒径为50nm～500μm。

进一步优选，所述金属粉末为球状，粒径为5-100μm。

所述光敏树脂为环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯中的一种或多种。

优选地，含有长链烷基或含有羟基(羧基)基团结构的脂肪族光敏树脂。长直链或支链烷基的碳原子个数为5-18个；羟基(羧基)基团的当量为50-2000mol/g。

进一步优选，所述光敏树脂为长兴6261、622-100、622A-80，瑞阳RY1202、RY1201，LOHO EPD-171、EPD-172中的一种或多种。

所述光敏单体为丙烯酸酯单体、环氧单体、乙烯基醚单体中的一种或多种。

进一步优选，光敏单体为双季戊四醇五丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3,4-环氧环己基甲酸-3',4'-环氧环己基甲酯、三乙烯基乙二醇二乙烯基醚中的一种或多种。

所述光引发剂为裂解型自由基光引发剂、夺氢型自由基光引发剂或阳离子光引发剂；

优选地，裂解型自由基光引发剂为苯偶姻及其衍生物、苯偶酰及其衍生物、苯乙酮衍生物、α-羟基酮衍生物、α-胺基酮衍生物、酰基膦氧化物、含硫光引发剂中的一种或多种；