CN105149576A - 一种热电材料快速成型的3d打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于3D打印技术领域，具体为一种热电材料快速成型的3D打印方法。本发明使用3D打印机，打印用材料为由粉末热电材料和光敏树脂组成的复合光敏树脂；具体步骤为：首先，将复合光敏树脂倒入3D打印机的料槽中；然后，使3D打印机按照所需要打印的模型进行打印，打印结束后得到3D打印制品；最后，将3D打印制品进行高温处理，去除光敏树脂，得到热电制品。本发明与传统的热压成型技术相比，具有能耗低、成本低、操作简单的优点；可以直接制造出任意复杂形状的热电材料，同时可降低材料的热导率，在一定的温度范围可提高热电优值<i>ZT</i>。

Description

一种热电材料快速成型的3D打印方法

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种热电材料快速成型的3D打印方法。

背景技术

热电材料是一种能将电能与热能相互转换的功能材料。其性能主要通过无量纲热电优值ZT来评价, 它与材料的Seebeck系数S，电导率σ，热导率κ和绝对温度T相关，表达式为：ZT=TS² σ/κ，由于材料的Seebeck系数S，电导率σ和热导率κ都与材料本身的能带结构和载流子浓度有关。通过材料成分的调控，降低材料的热导率是提高热电优值ZT的有效途径之一。

热电材料可分为薄膜热电材料和粉体热电材料等。其中粉体热电材料一般需要通过真空热压成型技术，将粉体成型为所需要的形状。而热压成型技术需要的设备有液压站、真空系统、压杆系统、加热系统、控制柜等，投资大、成本高、能耗大、占地面积多、操作复杂等缺点。

3D打印，是通过逐层增加材料来制造三维制品的技术，该技术是综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学和化学等诸多领域的前沿技术，并被誉为“第三次工业革命”的核心技术。其中光固化快速成形工艺，又称为光固化3D打印快速成形工艺，具有能耗小、成本低、成形精度高等特点，能够打印传统加工方式无法加工的任意构造复杂的零件。光固化3D打印依据其成形的方式不同，可分为立体光刻（SLA）、数字光处理（DLP）、三维喷墨打印（3DSP）3种方式。其中DLP和SLA成形原理为：储存槽中的液态光敏树脂在光固化成一层薄层后随着载物台升高或降低，之后，在前一固化层之上得到一个新的固化层，如此重复，最后得到了立体三维的产品。SLA主要采用激光束点扫描使光敏树脂固化；而DLP的光源可以是激光也可以是高压汞灯、氙灯等，该方法是把三维模型分层影像以面投影的方式使光敏树脂固化，一层一层固化最终得到三维实体。

3D打印技术经过20余年的发展，因其具有自己独特的优点，在航空航天器材制造、医用材料制造及制药行业、建筑业、艺术品加工等诸多行业中得到广泛应用。但是，目前还未将其应用于热电材料的成型。

发明内容

本发明的目的是提供一种热电材料快速成型的3D打印方法。

本发明提供的热电材料快速成型的3D打印方法，使用3D打印机，打印用材料为由粉末热电材料和光敏树脂组成的复合光敏树脂；具体步骤为：首先，将复合光敏树脂倒入3D打印机的料槽中；然后，使3D打印机按照所需要打印的模型进行打印，打印结束后得到3D打印制品；最后，将3D打印制品进行高温处理，去除光敏树脂，得到热电材料成型产品，即热电制品。

本发明中，所述复合光敏树脂中，粉末热电材料的含量按质量计为5-97%，优选40%-70%，更优选50%-60%，其余为光敏树脂。

本发明中，粉末热电材料可选用金属氧族化物BiSbTe、金属间化合物HfZrNiSnSb、五碲化合物ZrTe₅、方钴矿CoSb₃等。光敏树脂可由环氧树脂、丙烯酸树脂、活性稀释剂、光引发剂等组成。

本发明中，高温处理温度为250至1000℃，优选350至600℃。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1. 与传统的热压成型技术相比，将热电材料通过3D打印成型具有能耗低、成本低、操作简单的优点。

2. 采用本发明技术，可以直接制造出任意复杂形状的热电材料。同时可降低材料的热导率，最低可达到0.2 W m⁻¹ K⁻¹。

附图说明

图1是采用3D打印方法制作热电块状材料工艺的示意图。

图中标号：1为复合光敏树脂，2为3D打印机，3为3D打印制品，4为热电制品。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

实施例1：如图1所示，本发明包括：主要由粉末热电材料和光敏树脂组成的复合光敏树脂1，3D打印机2，3D打印制品3，热电制品4。首先，将由BiSbTe热电粉末和环氧光敏树脂组成的复合光敏树脂1倒入3D打印机2的料槽中，其BiSbTe热电粉末含量为60%，然后使3D打印机2按照所需要打印的模型进行打印，打印结束后得到3D打印制品3；最后将3D打印制品3进行350℃高温处理6小时，去除光敏树脂，得到热电制品4，其热导率0.27 W m⁻¹ K⁻¹。

实施例2：将由BiSbTe热电粉末和环氧光敏树脂组成的复合光敏树脂1倒入3D打印机2的料槽中，其BiSbTe热电粉末含量为50%，然后使3D打印机2按照所需要打印的模型进行打印，打印结束后得到3D打印制品3；最后将3D打印制品3进行350℃高温处理1.5小时，去除光敏树脂，得到热电制品4，其热导率0.20 W m⁻¹ K⁻¹。

Claims (4)

1.一种热电材料快速成型的3D打印方法，其特征在于：使用3D打印机，打印用材料为由粉末热电材料和光敏树脂组成的复合光敏树脂；具体步骤为：首先，将复合光敏树脂倒入3D打印机的料槽中；然后，使3D打印机按照所需要打印的模型进行打印，打印结束后得到3D打印制品；最后，将3D打印制品进行高温处理，去除光敏树脂，得到热电材料成型产品，即热电制品。

2.根据权利要求1所述的热电材料快速成型的3D打印方法，其特征在于：所述复合光敏树脂中，粉末热电材料的含量按质量计为5-97%，其余为光敏树脂。

3.根据权利要求1或2所述的热电材料快速成型的3D打印方法，其特征在于：所述粉末热电材料选用金属氧族化物BiSbTe、金属间化合物HfZrNiSnSb、五碲化合物ZrTe₅、方钴矿CoSb₃；光敏树脂由环氧树脂、丙烯酸树脂、活性稀释剂、光引发剂、增感剂组成。

4.根据权利要求1或2所述的热电材料快速成型的3D打印方法，其特征在于：所述高温处理温度为250至1000℃。