[发明专利]一种彩色金属3D打印线材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种彩色金属3D打印线材及其制备方法。

背景技术

3D打印也称增材制造，由于其在快速成型和制造方面拥有一系列独特优势，业已成为国内外广泛重视的核心领域。在各类3D打印中，金属打印尤其被公认为其中的王冠。当前，现有的3D打印工艺中常用的材料主要为并不导电的塑料线材，如ABS、PLA等，它们一般用来制作塑料模型或零件，却无法用于制造导电类电子器件。而另一方面，采用传统的金属耗材，因其熔点过高比如上千度，所依赖的特殊打印设备通常较为昂贵复杂，难以推广到广大普通用户层面。为此，近年来学术界和工业界也在不断尝试新途径。其中的一个突破性进展是引入低熔点金属，用以实现金属件的室温快速打印；或将低熔点金属制成线材，再采用普通3D打印机打印出具体对象。

然而，遗憾的是，最新取得进展的用来制作线材的液态金属自身色彩比较单一，无法满足各种场合下用户对色彩的要求。在3D打印界，基于这样的因素，工业界推出了色彩丰富的3D打印线材，但迄今已有的线材主要均为由塑料、聚合物等制成的非金属线材，因而尚不能直接用于需要导电的物体的打印。与此同时，业界近期逐渐提出了彩色液态金属油墨的概念(如中国专利公布号CN105220013A公布的彩色液态金属)，但这种墨水是以液态形式体现，不能像塑料线材那样用于3D打印机；也就是说，墨水与线材承担的功能完全不同，在最终功能产品的组分、制作方式及应用环节上也存在实质性区别；而且，即便将已有的液态金属墨水作成线材，其机械强度往往无法满足现有3D打印机对机械强度的要求。总的说来，迄今国内外尚未提供可用于常规3D打印机的彩色金属打印线材。

为此，本发明首次提出了彩色金属3D打印线材的技术概念，其目的正在于提供具有各种色彩的金属3D打印线材及其制备方法，以期改观现有3D打印的既有技术范畴。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为克服现有3D打印耗材技术的缺点和改变传统3D打印线材并不同时具备导电性和色彩的现状，本发明提供一种彩色金属3D打印线材，通过在低熔点金属中加载本身带有色彩的颜料和具备特定强度的纳米导电颗粒，继而冻结成型来获得预期色彩的金属3D打印线材，可制成机械强度和硬度各异，以及各种横截面形状和不同长度情形，可用于制作色彩绚丽的3D导电体或更多用途。本发明还提供了该彩色金属3D打印线材的制备方法。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供一种彩色金属3D打印线材，其原料包括低熔点金属、颜料和纳米导电颗粒；

所述低熔点金属应在室温下不熔化，以便保持固体线材从而用于3D打印机，其包括铟铋合金In_66.3Bi_33.7、铋锡合金Bi₅₈Sn₄₂、铋基合金BiIn₂₁Sn₁₂Pb₁₈等中的一种或几种；

所述纳米导电颗粒包括纳米级的钛、铌、钽、钨、金刚石、氮化硅等中的一种或几种；

优选地，所述纳米导电颗粒直径为1nm-900nm；进一步优选为500nm-900nm。

优选地，所述纳米导电颗粒形状为棒状、锥形状、球状、丝状、管状、壳状或多角形，以强化线材机械强度。

优选地，所述低熔点金属与所述纳米导电颗粒的质量比为30-95∶1。

本发明所述铟铋合金In_66.3Bi_33.7是指该合金中In和Bi的质量含量分别为66.3％和33.7％。其它合金含义与此类似。

所述颜料包括天然颜料、人工合成颜料中的一种或几种；

优选地，所述天然颜料包括天然矿物颜料朱砂、红土、雄黄、孔雀绿、重质碳酸钙、硅灰石、重晶石粉、滑石粉、云母粉、高岭土中的一种或几种；或动物来源颜料胭脂虫红、天然鱼鳞粉中的一种或几种；或植物来源颜料藤黄、茜素红、靛青中的一种或几种；

优选地，所述人工合成颜料包括钛白、锌钡白、铅铬黄、铁蓝中的一种或几种；或大红粉、偶淡黄、酞菁蓝、喹吖啶酮中的一种或几种。

所述颜料可以直接添加到呈液态的所述金属中；优选地，所述低熔点金属与所述颜料的质量比为10-100∶1，由此可以根据具体配比获得不同色度的液态金属材料。

优选地，所述颜料的颗粒直径为10nm-1000nm；进一步优选为10nm-500nm。

所述彩色金属3D打印线材的横截面为圆形、方形或片状，等效半径为0.01-3cm。