本發(fā)明屬于金屬增材制造，涉及一種光固化3d打印金屬漿料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、增材制造，作為一種革命性的制造技術(shù)，特別是當(dāng)應(yīng)用于金屬3d打印領(lǐng)域時(shí)，展現(xiàn)了其制造復(fù)雜、高精度金屬結(jié)構(gòu)的巨大潛力。然而，主流的金屬增材制造技術(shù)粉末床熔融法，其完全熔化粉末的工藝方式限制了可打印的金屬范圍并伴隨著高熱梯度和參與熱應(yīng)力帶來(lái)的缺陷。而光固化3d打印雖然能夠避免直接熔化金屬，在室溫下高效地制造具有精細(xì)特征和懸垂結(jié)構(gòu)的部件，但這一技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，其中最為顯著的是金屬粉末與聚合物基體之間的折射率差異大以及金屬粉末容易沉降，這使得具有良好光固化特性且穩(wěn)定的漿料難以制備，不能滿足光固化3d打印金屬的需求。首先，金屬粉末由于其高折射率特性，在與聚合物基體混合形成的光固化漿料中，光線的穿透距離受到嚴(yán)重限制。這種折射率不匹配導(dǎo)致激光或光源在漿料中的傳播和能量分布不均，進(jìn)而影響光固化的效率和均勻性。光固化特性的不足不僅降低了制造效率，還可能導(dǎo)致打印出的部件存在內(nèi)部缺陷，如未完全固化的區(qū)域、孔隙或裂紋，從而影響了部件的整體質(zhì)量和性能。其次，金屬粉末的高密度特性使其在光固化漿料中極易發(fā)生沉降。隨著時(shí)間的推移，金屬粉末開(kāi)始在下沉，漿料逐漸分層，導(dǎo)致漿料性質(zhì)的不穩(wěn)定。這種不穩(wěn)定性不僅影響了打印過(guò)程的連續(xù)性和一致性，還使得長(zhǎng)時(shí)間打印復(fù)雜部件變得尤為困難。沉降問(wèn)題還可能導(dǎo)致打印層厚度不均勻，進(jìn)而影響部件的幾何精度和表面質(zhì)量。最終，這些問(wèn)題都可能導(dǎo)致打印出的部件無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，限制了增材制造技術(shù)在金屬領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。因此由于含有金屬粉末的光固化漿料的固化特性和穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致現(xiàn)有漿料的打印性能不足以高效地制造性能優(yōu)異的部件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供光固化3d打印金屬漿料及其制備方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中3d打印漿料光固化特性差、金屬粉末容易沉降、穩(wěn)定性差的技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、一種光固化3d打印金屬漿料，按照質(zhì)量百分比計(jì)，原料包括30％～77％的有機(jī)單體、0.001％～20％的分散劑、0.1％～6％的光引發(fā)劑以及10％～67％的復(fù)合粉體；所述復(fù)合粉體包括有機(jī)殼體以及金屬核體。

4、上述的一種光固化3d打印金屬漿料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5、s1：按照質(zhì)量百分比計(jì)，將有機(jī)單體、稀釋劑、分散劑以及第一添加量的復(fù)合粉體混合后進(jìn)行第一次球磨，制得預(yù)混液；

6、s2：將光引發(fā)劑以及第二添加量的復(fù)合粉體加入所述預(yù)混液中，進(jìn)行第二次球磨，制得所述光固化3d打印金屬漿料；

7、所述第一添加量的復(fù)合粉體與第二添加量的復(fù)合粉體的質(zhì)量比為(20～90):(80～10)。

8、優(yōu)選的，所述第一次球磨的球磨速度為300～1600r/min，球磨時(shí)間為0.1～10h。

9、優(yōu)選的，所述第二次球磨的球磨速度為100～800r/min，球磨時(shí)間為0.1～10h。

10、優(yōu)選的，所述復(fù)合粉體的制備過(guò)程為：將金屬粉末加入有機(jī)殼體的有機(jī)溶液中，攪拌均勻，并經(jīng)噴霧干燥后，制得所述復(fù)合粉體。

11、優(yōu)選的，所述金屬粉末的粒徑范圍為0.001～700μm。

12、優(yōu)選的，所述有機(jī)殼體溶液的質(zhì)量百分濃度為1％～40％；所述金屬粉末與有機(jī)殼體的質(zhì)量比為(4～300):1。

13、優(yōu)選的，所述攪拌均勻過(guò)程中，攪拌速率為100～1600r/min，攪拌溫度為30～100℃，攪拌時(shí)間為0.1～10h。

14、優(yōu)選的，所述噴霧干燥過(guò)程中，溫度為-30～400℃，流量50～2000ml/min，風(fēng)機(jī)頻率30～240hz。

15、上述的一種光固化3d打印金屬漿料增材制造中的應(yīng)用。

16、一種光固化3d打印金屬漿料，通過(guò)上述的方法制得。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

18、本發(fā)明公開(kāi)一種光固化3d打印金屬漿料，該漿料中含有包括有機(jī)殼體以及金屬核體的復(fù)合粉體，相較于原始金屬粉末，復(fù)合粉體的有機(jī)物殼體與有機(jī)單體的相容性更好且表面的化學(xué)相互作用力更大，包括范德華力以及氫鍵等，這促進(jìn)了復(fù)合粉體在有機(jī)單體溶液中的分散，為光固化漿料提供了良好的穩(wěn)定性；作為殼體的有機(jī)物其折射率與有機(jī)單體溶液的折射率相近，減小了粉體與有機(jī)單體溶液的折射率差異，極大地提升了漿料的固化厚度，得到具有良好固化特性的穩(wěn)定光聚合漿料。本發(fā)明所提供的光固化3d打印金屬漿料具備良好的固化特性和穩(wěn)定性。

19、另外，本發(fā)明還公開(kāi)了上述的一種光固化3d打印金屬漿料的制備方法，在制備過(guò)程中分兩次加入復(fù)合粉體，所述第一添加量的復(fù)合粉體與第二添加量的復(fù)合粉體的總體積占漿料總體積的10％～67％；所述第一添加量的復(fù)合粉體與第二添加量的復(fù)合粉體的質(zhì)量比為(20～90):(80～10)，分兩次加入復(fù)合粉體可以更有效地控制粉體在漿料中的分散過(guò)程，首次加入的復(fù)合粉體在第一次球磨過(guò)程中開(kāi)始分散，而第二次加入的復(fù)合粉體則可以在已經(jīng)部分分散的漿料中進(jìn)一步均勻分布，這種分步加入的方式有助于減少粉體的團(tuán)聚現(xiàn)象，提高漿料的均勻性和穩(wěn)定性；另外，通過(guò)控制兩次加入的復(fù)合粉體的總量占漿料總體積的比例(10％～67％)，可以精確地調(diào)節(jié)漿料的粘度，粘度是影響3d打印過(guò)程的關(guān)鍵因素之一，它決定了打印部件的精度和表面質(zhì)量，適當(dāng)?shù)恼扯确秶兄诖_保打印過(guò)程的順利進(jìn)行，并減少打印缺陷，同時(shí)，控制第一添加量與第二添加量的復(fù)合粉體的質(zhì)量比為(20～90):(80～10)，可以平衡漿料的固化速度、固化厚度以及打印精度，不同的質(zhì)量比會(huì)影響漿料中金屬顆粒的分布和濃度，從而影響打印部件的最終性能。所述有機(jī)單體占漿料總體積的30％～77％；所述分散劑占漿料總體積的0.001％～20％；光引發(fā)劑占漿料總體積的0.1％～6％，首先，有機(jī)單體作為漿料的主要組成部分，不僅決定了漿料的流動(dòng)性和固化特性，還影響了打印部件的力學(xué)性能和表面質(zhì)量，將其含量控制在30％～77％的范圍內(nèi)，可以確保漿料具有適當(dāng)?shù)恼扯群凸袒俣龋瑥亩鴿M足3d打印過(guò)程的要求，分散劑的作用是促進(jìn)金屬顆粒在有機(jī)單體中的均勻分散，防止團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，將其含量控制在0.001％～20％的范圍內(nèi)，可以有效提高漿料的分散性和穩(wěn)定性，確保打印部件的精度和表面光潔度，光引發(fā)劑是光固化過(guò)程中的關(guān)鍵成分，它決定了漿料的固化速度和固化深度，將其含量控制在0.1％～6％的范圍內(nèi)，可以確保漿料在光照條件下迅速固化，同時(shí)避免過(guò)度固化導(dǎo)致的部件變形或開(kāi)裂；精確的成分配比有助于減少打印過(guò)程中的缺陷，如氣泡、裂紋、分層等，這些缺陷不僅影響打印部件的外觀質(zhì)量，還可能降低其力學(xué)性能和使用壽命，通過(guò)優(yōu)化成分配比，可以獲得具有優(yōu)異表面光潔度、高精度和良好力學(xué)性能的打印部件，滿足不同領(lǐng)域和行業(yè)的應(yīng)用需求。

20、進(jìn)一步的，所述第一次球磨的球磨速度為300～1600r/min，球磨時(shí)間為0.1～10h，適當(dāng)?shù)那蚰ニ俣瓤梢源_保球磨介質(zhì)與漿料之間的有效碰撞和剪切力，從而促進(jìn)復(fù)合粉體在有機(jī)單體中的均勻分散，過(guò)高的球磨速度會(huì)導(dǎo)致漿料過(guò)熱和過(guò)度剪切，而過(guò)低的速度則可能不足以實(shí)現(xiàn)有效的分散。足夠的球磨時(shí)間允許粉體顆粒在漿料中充分分散，減少團(tuán)聚現(xiàn)象然而，過(guò)長(zhǎng)的球磨時(shí)間則導(dǎo)致漿料粘度增加，不利于后續(xù)的打印過(guò)程。

21、進(jìn)一步的，所述第二次球磨的球磨速度為100～800r/min，球磨時(shí)間為0.1～10h，第二次球磨能夠在第一次球磨的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步促進(jìn)粉體顆粒在漿料中的均勻分散，適當(dāng)?shù)那蚰ニ俣瓤梢源_保球磨介質(zhì)與漿料之間的有效碰撞，從而有助于粉體顆粒的進(jìn)一步細(xì)化和分散。通過(guò)第二次球磨，可以進(jìn)一步消除漿料中的團(tuán)聚現(xiàn)象，提高漿料的穩(wěn)定性和均勻性，這有助于減少打印過(guò)程中的波動(dòng)和不確定性，從而提高打印部件的可靠性和一致性，第二次球磨還可以對(duì)漿料的粘度進(jìn)行微調(diào)，使其更加適合3d打印過(guò)程，適當(dāng)?shù)恼扯确秶兄诖_保打印部件的精度和表面質(zhì)量。

22、進(jìn)一步的，所述復(fù)合粉體的制備過(guò)程為：將金屬粉末加入有機(jī)殼體溶液中，攪拌反應(yīng)，并經(jīng)噴霧干燥后，制得所述復(fù)合粉體，該方法通過(guò)簡(jiǎn)單的攪拌反應(yīng)和噴霧干燥步驟即可制備出復(fù)合粉體，相較于其他復(fù)雜的制備方法，如高溫?zé)Y(jié)、化學(xué)氣相沉積等，此方法的工藝流程更為簡(jiǎn)便，噴霧干燥技術(shù)能夠快速地將液體轉(zhuǎn)化為粉末，且處理量大，因此可以顯著提高復(fù)合粉體的生產(chǎn)效率，在攪拌反應(yīng)過(guò)程中，金屬粉末能夠均勻地分散在有機(jī)殼體溶液中，避免了團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高了復(fù)合粉體的分散性，有機(jī)殼體可以對(duì)金屬粉末進(jìn)行包覆，形成一層保護(hù)膜，這不僅可以提高復(fù)合粉體的穩(wěn)定性，還可以改善其物理性能，如硬度、耐磨性、耐腐蝕性等。

23、進(jìn)一步的，所述金屬粉末的粒徑范圍為0.001～700μm，均勻細(xì)小的金屬粉末一方面分散的均勻性更好，同時(shí)在打印時(shí)可以提高打印部件的精度和細(xì)節(jié)表現(xiàn)力，粒徑均勻的金屬粉末在打印過(guò)程中能夠形成更加平整和光滑的表面，減少后處理的工作量。

24、進(jìn)一步的，所述有機(jī)殼體溶液的質(zhì)量百分濃度為1％～40％；所述金屬粉末與有機(jī)殼體的質(zhì)量比為(4～300):1，有機(jī)殼體溶液的質(zhì)量百分濃度和金屬粉末與有機(jī)殼體的質(zhì)量比，直接影響金屬粉末在有機(jī)殼體中的分散效果，適當(dāng)?shù)臐舛群捅壤?，可以使金屬粉末更均勻地分散在有機(jī)殼體中，避免團(tuán)聚現(xiàn)象，從而提高復(fù)合粉體的分散性。有機(jī)殼體對(duì)金屬粉末的包覆作用可以有效提高金屬粉末在體系中的分散均勻程度，該濃度和質(zhì)量比，可使得金屬顆粒的表面被有效包裹，且控制表面有機(jī)殼層的厚度為0.01～300μm，充分提高了體系的穩(wěn)定性。

25、進(jìn)一步的，所述攪拌反應(yīng)過(guò)程中，攪拌速率為100～1600r/min，攪拌溫度為30～100℃，攪拌時(shí)間為0.1～10h，該過(guò)程確保了反應(yīng)物之間的充分混合與均勻分散，加速了反應(yīng)進(jìn)程，溫度的控制既加速了分子的運(yùn)動(dòng)與碰撞，又避免了高溫導(dǎo)致的產(chǎn)物分解或變質(zhì)，提高了反應(yīng)的速率與產(chǎn)物的純度。此外，反應(yīng)時(shí)間的控制確保了反應(yīng)的充分進(jìn)行與產(chǎn)物的穩(wěn)定生成。

26、進(jìn)一步的，所述噴霧干燥過(guò)程中，溫度為-30～400℃，流量50～2000ml/min，風(fēng)機(jī)頻率30～240hz，該參數(shù)的控制使得有機(jī)物在金屬粉末表面快速干燥，形成結(jié)合力牢固的殼層，流量和風(fēng)機(jī)頻率的調(diào)節(jié)，確保了物料在噴霧干燥過(guò)程中的均勻分布與高效傳熱傳質(zhì)，避免了物料堵塞和干燥不均的問(wèn)題，使得金屬粉末表面的有機(jī)殼層更加均勻。