CN109352992A - 一种隔热材料光固化3d打印成型方法 - Google Patents

一种隔热材料光固化3d打印成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隔热材料光固化3D打印成型方法，通过采用三维CAD设计数据为基础，设计建立隔热材料构件三维模型，使用光敏树脂混合溶液作为原材料，逐层而后逐层打印隔热材料构件，不需要定制模具，提高了打印效率，通过采用光敏树脂50－65份、二氧化锆粉末20－30份、相变材料粉末5－10份、稳定剂2－5份、发泡剂0.2－0.5份、润滑剂0.1－0.5份形成的光敏树脂混合溶液，由于二氧化锆具有较好的隔热性能，相变材料粉末具有相变储能性能，能提高成型后得隔热材料构件的隔热性能，而且隔热材料构建成型后容易脱模，确保成型后的隔热材料的完整性。

Description

一种隔热材料光固化3D打印成型方法
技术领域
本发明涉及新材料制造和3D打印技术领域，尤其涉及一种隔热材料光固化3D打印成型方法。
背景技术
3D打印技术(Three Dimensional Print，3DP)是通过CAD设计数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，是一种材料累加制造方法，可以快速而精确的成形复杂结构件，大大减少了加工工序，缩短了加工周期。从更广义来看，以三维CAD设计数据为基础，将材料(包括液体、粉体、线材或块材等)自动累加起来成为实体结构的制造方法，均可视为3D打印技术。
光固化3D打印技术(Stereo Lithography Apparatus，SLA)是以光敏树脂为原料，通过控制紫外激光按照零件的各分层截面信息在液态的光敏树脂表面形成逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反映而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完成后，工作台下移一个层厚的距离，然后在原先固化好的树脂表面再覆上一层新的液态光敏树脂，直到得到三维实体模型。光固化3D打印的实体表面质量好、细节还原度高，而且光固化速度快，生产效率高。应用于光固化3D打印材料的光敏树脂有酚醛树脂、环氧树脂等，具有流动性好、易成型等优点。
传统隔热材料成型方法是通过隔热材料和树脂材料混合后，浇注在定制的模具当中，再通过加热、加压后成型。但是，传统方法需要的定制模具加工周期长，模具加工的质量直接影响隔热材料成型后隔热性能，而且隔热材料成型后不易脱模，容易导致成型后的隔热材料的损伤。
发明内容
发明目的：提出一种隔热材料光固化3D打印成型方法，用以解决传统的传统隔热材料成型方法，存在的需要的定制模具加工周期长，模具加工的质量直接影响隔热材料成型后隔热性能，而且隔热材料成型后不易脱模，容易导致成型后的隔热材料的损伤地问题。
技术方案：
一种隔热材料光固化3D打印成型方法，包括以下步骤：
步骤1：将粒径为25－40nm的二氧化锆粉末、粒径为10－50nm的相变材料粉末同光敏树脂混合均匀，并添加稳定剂、发泡剂和润滑剂，制备得到光敏树脂混合溶液，其中光敏树脂混合溶液各部组分为：光敏树脂50－65份、二氧化锆粉末20－30份、相变材料粉末5－10份、稳定剂2－5份、发泡剂0.2－0.5份、润滑剂0.1－0.5份；
步骤2：建立隔热材料构件三维模型，并将三维模型导入光固化3D打印设备中，将光敏树脂混合溶液置于光固化3D打印设备中；；
步骤3：初始设定光固化3D打印设备工作台垂直移动距离、紫外激光器功率、紫外激光光斑直径、逐层打印速度、惰性气体通气时间及流量，使用光敏树脂混合溶液作为原材料，而后逐层打印隔热材料构件；
步骤4：对成型隔热材料构件进一步加热保型，加热保型完成后冷却隔热材料构件至室温。
步骤2所述的建立隔热材料构件三维模型，并将三维模型导入光固化3D打印设备中，具体是使用CAD软件设计建立隔热材料构件三维模型。
步骤3所述的初始设定光固化3D打印设备工作台垂直移动距离、紫外激光器功率、紫外激光光斑直径、逐层打印速度、惰性气体通气时间及流量，而后使用光敏树脂混合溶液作为原材料，逐层打印隔热材料构件，将惰性气体的通气时间设置为10min、流量设置为5L/h，将光固化3D打印设备工作台垂直移动距离设置为0.05mm－0.1mm，将紫外激光器功率设置为500W－2000W，紫外激光光斑直径设置为50μm－100μm，逐层打印速度设置为15－25s/层，在逐层打印隔热材料构件的同时，以3L/h的流量持续通入惰性气体进行保护。
步骤4所述的对成型隔热材料构件进一步加热保型，加热保型完成后冷却隔热材料构件至室温，成型隔热材料构件加热保型温度为150℃－200℃，，加热保型时间2h－3h。
有益效果：提出一种隔热材料光固化3D打印成型方法，通过采用三维CAD设计数据为基础，设计建立隔热材料构件三维模型，使用光敏树脂混合溶液作为原材料，逐层而后逐层打印隔热材料构件，不需要定制模具，提高了打印效率，通过采用光敏树脂50－65份、二氧化锆粉末20－30份、相变材料粉末5－10份、稳定剂2－5份、发泡剂0.2－0.5份、润滑剂0.1－0.5份形成的光敏树脂混合溶液，由于二氧化锆具有较好的隔热性能，相变材料粉末具有相变储能性能，能提高成型后得隔热材料构件的隔热性能，而且隔热材料构建成型后容易脱模，确保成型后的隔热材料的完整性。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
一种隔热材料光固化3D打印成型方法，包括以下步骤：
步骤1：将粒径为25－40nm的二氧化锆粉末、粒径为10－50nm的相变材料粉末同光敏树脂混合均匀，并添加稳定剂、发泡剂和润滑剂，制备得到光敏树脂混合溶液，其中光敏树脂混合溶液各部组分为：光敏树脂50－65份、二氧化锆粉末20－30份、相变材料粉末5－10份、稳定剂2－5份、发泡剂0.2－0.5份、润滑剂0.1－0.5份；
步骤2：建立隔热材料构件三维模型，并将三维模型导入光固化3D打印设备中，将光敏树脂混合溶液置于光固化3D打印设备中；；
步骤3：初始设定光固化3D打印设备工作台垂直移动距离、紫外激光器功率、紫外激光光斑直径、逐层打印速度、惰性气体通气时间及流量，使用光敏树脂混合溶液作为原材料，而后逐层打印隔热材料构件；
步骤4：对成型隔热材料构件进一步加热保型，加热保型完成后冷却隔热材料构件至室温。
步骤2所述的建立隔热材料构件三维模型，并将三维模型导入光固化3D打印设备中，具体是使用CAD软件设计建立隔热材料构件三维模型。
步骤3所述的初始设定光固化3D打印设备工作台垂直移动距离、紫外激光器功率、紫外激光光斑直径、逐层打印速度、惰性气体通气时间及流量，而后使用光敏树脂混合溶液作为原材料，逐层打印隔热材料构件，将惰性气体的通气时间设置为10min、流量设置为5L/h，将光固化3D打印设备工作台垂直移动距离设置为0.05mm－0.1mm，将紫外激光器功率设置为500W－2000W，紫外激光光斑直径设置为50μm－100μm，逐层打印速度设置为15－25s/层，在逐层打印隔热材料构件的同时，以3L/h的流量持续通入惰性气体进行保护。
步骤4所述的对成型隔热材料构件进一步加热保型，加热保型完成后冷却隔热材料构件至室温，成型隔热材料构件加热保型温度为150℃－200℃，，加热保型时间2h－3h。
下面为不同组分原材料混合而成的光敏树脂混合溶液，制备得到的隔热材料构件导热系数的实施例：
实施例1：光敏树脂混合溶液各组分质量份为：光敏树脂65份、二氧化锆30份、相变材料10份、稳定剂10份、发泡剂0.5份、润滑剂0.5份。制备得到的隔热材料构件，800℃时导热系数不大于0.957W/m·K。
实施例2：光敏树脂混合溶液各组分质量份为：光敏树脂50份、二氧化锆20份、相变材料5份、稳定剂2份、发泡剂0.2份、润滑剂0.1份。制备得到的隔热材料构件，800℃时导热系数不大于1.083W/m·K。
实施例3：光敏树脂混合溶液各组分质量份为：光敏树脂60份、二氧化锆25份、相变材料10份、稳定剂3.5份、发泡剂0.3份、润滑剂0.3份。制备得到的隔热材料构件，800℃时导热系数不大于0.713W/m·K。
通过上述三个实施例的对比，可以看出实施例3所制备的隔热材料构件在800℃时导热系数最小，说明隔热材料构件的隔热性能最佳。

Claims (8)

1.一种隔热材料光固化3D打印成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将粒径为25－40nm的二氧化锆粉末、粒径为10－50nm的相变材料粉末同光敏树脂混合均匀，并添加稳定剂、发泡剂和润滑剂，制备得到光敏树脂混合溶液，其中光敏树脂混合溶液各部组分为：光敏树脂50－65份、二氧化锆粉末20－30份、相变材料粉末5－10份、稳定剂2－5份、发泡剂0.2－0.5份、润滑剂0.1－0.5份；
步骤2：建立隔热材料构件三维模型，并将三维模型导入光固化3D打印设备中，将光敏树脂混合溶液置于光固化3D打印设备中；
步骤3：初始设定光固化3D打印设备工作台垂直移动距离、紫外激光器功率、紫外激光光斑直径、逐层打印速度、惰性气体通气时间及流量，使用光敏树脂混合溶液作为原材料，而后逐层打印隔热材料构件；
步骤4：对成型隔热材料构件进一步加热保型，加热保型完成后冷却隔热材料构件至室温。
2.根据权利要求1所述的一种隔热材料光固化3D打印成型方法，其特征在于：步骤2所述的建立隔热材料构件三维模型，并将三维模型导入光固化3D打印设备中，具体是使用CAD软件设计建立隔热材料构件三维模型。
3.根据权利要求1所述的一种隔热材料光固化3D打印成型方法，其特征在于：步骤3所述的初始设定光固化3D打印设备工作台垂直移动距离、紫外激光器功率、紫外激光光斑直径、逐层打印速度、惰性气体通气时间及流量，使用光敏树脂混合溶液作为原材料，而后逐层打印隔热材料构件，将惰性气体的通气时间设置为10min、流量设置为5L/h。
4.根据权利要求1所述的一种隔热材料光固化3D打印成型方法，其特征在于：步骤3所述的初始设定光固化3D打印设备工作台垂直移动距离、紫外激光器功率、紫外激光光斑直径、逐层打印速度、惰性气体通气时间及流量，使用光敏树脂混合溶液作为原材料，而后逐层打印隔热材料构件，将光固化3D打印设备工作台垂直移动距离设置为0.05mm－0.1mm。
5.根据权利要求1所述的一种隔热材料光固化3D打印成型方法，其特征在于：步骤3所述的初始设定光固化3D打印设备工作台垂直移动距离、紫外激光器功率、紫外激光光斑直径、逐层打印速度、惰性气体通气时间及流量，使用光敏树脂混合溶液作为原材料，而后逐层打印隔热材料构件，将紫外激光器功率设置为500W－2000W。
6.根据权利要求1所述的一种隔热材料光固化3D打印成型方法，其特征在于：步骤3所述的初始设定光固化3D打印设备工作台垂直移动距离、紫外激光器功率、紫外激光光斑直径、逐层打印速度、惰性气体通气时间及流量，使用光敏树脂混合溶液作为原材料，而后逐层打印隔热材料构件，将紫外激光光斑直径设置为50μm－100μm。
7.根据权利要求1所述的一种隔热材料光固化3D打印成型方法，其特征在于：步骤3所述的初始设定光固化3D打印设备工作台垂直移动距离、紫外激光器功率、紫外激光光斑直径、逐层打印速度、惰性气体通气时间及流量，使用光敏树脂混合溶液作为原材料，而后逐层打印隔热材料构件，将逐层打印速度设置为15－25s/层，在逐层打印隔热材料构件的同时，以3L/h的流量持续通入惰性气体进行保护。
8.根据权利要求1所述的一种隔热材料光固化3D打印成型方法，其特征在于：步骤4所述的对成型隔热材料构件进一步加热保型，加热保型完成后冷却隔热材料构件至室温，成型隔热材料构件加热保型温度为150℃－200℃，加热保型时间2h－3h。
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