一種石墨烯熔融沉積3d打印方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種石墨烯熔融沉積3D打印方法及應用，屬于3D打?。ㄔ霾闹圃欤?br>技術領域。
【背景技術】
[0002] 3D打印，也稱為增材制造，是根據(jù)所設計的3D模型，通過3D打印設備逐層增加材 料來制造三維產(chǎn)品的技術。與傳統(tǒng)制造技術相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制造 過程中去除大量的材料，也不必通過復雜的鍛造工藝就可以得到最終產(chǎn)品，因此，在生產(chǎn)上 可以實現(xiàn)結構優(yōu)化、節(jié)約材料和節(jié)省能源。目前，3D打印技術常用于新產(chǎn)品開發(fā)、快速單件 及小批量零件制造、復雜形狀零件的制造、模具的設計與制造等，也適合于難加工材料的制 造、外形設計檢查、裝配檢驗和快速反求工程等。3D打印這種基于材料堆積法的高新制造技 術受到了國內外越來越廣泛的關注，將促成一種新型的生產(chǎn)方式，具有廣闊的發(fā)展前景。
[0003]在3D打印技術中，恪融沉積（FusedDepositionModeling，F(xiàn)DM)成型的機械結構 最簡單，設計也最容易，制造成本和維護成本也最低，因此FDM也是當今世界上使用最廣泛 的3D打印技術。目前，應用于FDM工藝的材料基本上是聚合物。成型材料一般為ABS、PLA、 ?八1(：、?￥4、??5?、石蠟等。聚合物的優(yōu)點是熔點低、易成型，缺點是使用溫度低，強度低。因 此，F(xiàn)DM3D打印技術目前主要是制作模型，難以用于制造實際承載件，更難以滿足復雜條件 下的多功能需求。
[0004] 石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，它是已知的世上最薄、最 堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2. 3%的光；具有超高導熱率，導熱系數(shù)高 達5300WAm*K);石墨烯的電子運動速度達到了光速的1/300,遠超過了電子在一般導體中 的運動速度；常溫下其電子迀移率超過15000cmV(V?s)，達到硅材料的100倍；而電阻率 只約1(T8Q?m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料；石墨烯的硬度比金剛石還高，強 度比最好的鋼鐵還要高上100倍；它還具有優(yōu)異防腐耐磨性，可以算是世上最輕薄的防腐 耐磨材料。根據(jù)石墨烯的上述特性，其可應用于各材料領域，滿足各方面的多功能要求。但 是，由于目前制備的石墨烯片徑太小，加上質量太輕，現(xiàn)有技術很難直接運用此種材料進行 成型制造，不能很好地滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明旨在提供一種石墨烯熔融沉積3D打印方法，獲得高 強度、多功能的石墨烯熔融沉積3D打印產(chǎn)品，以更好地滿足社會發(fā)展的需求。
[0006] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：
[0007] 一種石墨烯熔融沉積3D打印方法，包括以下步驟：第一步，將石墨烯微片與聚合 物混合制成含石墨烯的聚合物線材，線材中石墨烯的質量分數(shù)大于0小于等于68% ;第二 步，將所述含石墨烯的線材導入到熔融沉積3D打印機中，在所述打印機中將線材中的聚合 物加熱融化而石墨烯微片不融化；第三步，石墨烯微片隨熔融的聚合物通過所述打印機的 噴嘴擠出，層層堆積形成含石墨烯的產(chǎn)品坯型；還包括第四步和/或第五步和/或第六步： 第四步，采用包括溶劑溶解、加熱或催化在內的方法將含石墨烯的產(chǎn)品坯型中的聚合物去 除，成為石墨烯熔融沉積3D打印坯件；第五步，將所述石墨烯3D打印坯件加熱煅燒，使坯件 成為具有良好物理、化學和力學性能的石墨烯制品；第六步，根據(jù)需要，進行裝配、連接、熱 處理、表面處理等后續(xù)加工，獲得石墨烯熔融沉積3D打印的產(chǎn)品。
[0008] 所述的石墨烯熔融沉積3D打印方法，所述單個石墨烯微片厚度方向上含石墨烯 的層數(shù)小于等于10層，其它方向上的最大尺寸小于等于500微米。
[0009] 所述的石墨烯熔融沉積3D打印方法，所述石墨烯優(yōu)選為碳質量含量在99%以上 的高純度石墨烯，或者根據(jù)實際需要，采用經(jīng)過氧原子、氟原子或其它原子修飾的、含有羥 基、羧基、羰基和環(huán)氧基中的一種或幾種官能團的石墨烯。
[0010] 權利要求1所述的石墨烯熔融沉積3D打印方法，所述石墨烯微片與聚合物均勻混 合，聚合物中根據(jù)需要加入各種添加劑，包括穩(wěn)定劑、填充劑、增塑劑、潤滑劑、著色劑、固化 劑、阻燃劑、發(fā)泡劑。
[0011] 所述的石墨烯熔融沉積3D打印方法，所述含石墨烯的聚合物線材直徑優(yōu)選為 1. 75mm和3_，或者根據(jù)需要制作成其它直徑大小的線材。
[0012] 所述的石墨烯熔融沉積3D打印方法，特征在于：所述聚合物優(yōu)選為PVA、PLA、ABS、 PC、PA中的一種或幾種組成的"合金"，也可以是其它一種聚合物或幾種聚合物組成的"合 金"或混合物。
[0013] 所述的石墨烯熔融沉積3D打印方法的應用。
[0014]所述的石墨烯熔融沉積3D打印方法的應用，在聚合物中加入質量百分比小于等 于2%的石墨烯，應用所述的石墨烯熔融沉積3D打印方法的第一步至第三步，可以獲得比 傳統(tǒng)FDM3D打印更高強度的3D打印產(chǎn)品；當聚合物中加入石墨烯的質量百分比大于2% 時，應用權利要求1的第一步至第三步，可以獲得比傳統(tǒng)FDM3D打印更高強度、具有較強的 導電和導熱性能、且具有防腐和耐磨能力的含石墨烯的聚合物3D打印模型、零部件或產(chǎn) 品；在聚合物中加入質量百分比大于5%的石墨烯，應用所述的石墨烯熔融沉積3D打印方 法的第一步至第六步，可以獲得力學性能優(yōu)異、高導電、高導熱、防腐耐磨的高純度石墨烯 3D打印模型、零部件或產(chǎn)品。
[0015] 所述的石墨烯熔融沉積3D打印方法的獲得的產(chǎn)品，所述的產(chǎn)品包括但不限于采 用本發(fā)明獲得的石墨烯3D打印模型、零部件或最終產(chǎn)品。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0017] 1)本發(fā)明將石墨烯引入到熔融沉積3D打印之中，可以獲得多功能、高強度、物理 化學性能優(yōu)異的石墨烯熔融沉積3D打印產(chǎn)品，既可以制作成工業(yè)用的模型、零部件或產(chǎn) 品，也可以制作成與人們衣、食、住、行息息相關的產(chǎn)品，如日用品、服裝、飾品等，更好地滿 足了多功能、高參數(shù)、復雜性、定制化的社會發(fā)展需求；
[0018] 2)本發(fā)明通過在聚合物中加入質量百分比小于等于2%的石墨烯，應用本發(fā)明的 第一步至第三步，可以獲得比傳統(tǒng)FDM3D打印更高強度的3D打印產(chǎn)品。當聚合物中加入石 墨烯的質量百分比大于2%時，