CN110125394B - 基于3d打印制备超疏水结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印制备超疏水结构的方法，包括步骤：1)加工零件表面；2)利用3D打印技术直接在零件表面成型出所需的超疏水结构；3)将成型后的零件，即表面制有超疏水结构的零件去进行热处理。本发明实现了一步制备，迅速高效，在打印成型完后，不需要后续化学试剂的处理，减少了污染，且机械强度更强，更耐磨，完全可以有效应用在3D打印的零件上。

Description

基于3D打印制备超疏水结构的方法
技术领域
本发明涉及增材制造的技术领域，尤其是指一种基于3D打印制备超疏水结构的方法。
背景技术
腐蚀是十分普遍的现象，除了极少数贵金属Au、Pt等外，大多数金属腐蚀都是一个自发的现象。人们认识到使用的金属很少是由于单纯的机械因素，如拉、压、冲击、疲劳、断裂和磨损等引起破坏的，绝大多数金属材料的破坏都与腐蚀因素有关，每年金属腐蚀给人类社会带来了巨大的经济损失，因此金属材料的腐蚀已成为当今不可忽略的重要问题。
超疏水结构的发现与应用为防腐提供了一种新的思路，超疏水结构可以明显减少水滴在金属表面的附着，对耐腐蚀特性有明显的改善，因此在金属表面制备超疏水结构具有极高的生产价值。
固体表面润湿性是其重要的一个性质，主要受固体表面微观结构和化学性质这两个因素影响，固体的润湿性通常用静态时液体在固体表面的接触角来表征。科研人员制备出各种性能的超疏水材料，应用于自清洁、油水分离、抗腐蚀、水面运动减阻等领域。
而目前制备超疏水结构的方法主要有电化学刻蚀、化学腐蚀、电沉积、激光刻蚀以及热氧化等方法，这些方法存在着造价高、工艺繁琐、结构不稳定和机械性能差等缺点。
本发明将增材制造的技术应用于表面超疏水结构制备，与现有技术相比具有高效、环保、简便快捷、造价低廉的优点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于3D打印制备超疏水结构的方法，具有环保、高效、造价便宜、简便快捷等优点。
为实现上述目的，本发明所提供的一种技术方案为：基于3D打印制备超疏水结构的方法，包括以下步骤：
1)加工零件表面；
2)利用3D打印技术在零件上成型出超疏水结构，具体如下：
首先，用三维软件画出超疏水结构的三维模型，将画好的三维模型用切片软件进行分层切片处理，并使用路径规划软件进行路径规划，生成3D打印设备能够识别的数据文件并保存在计算机中；然后再将处理完的最终数据导入3D打印设备中进行3D打印，制出所需的超疏水结构；其中，所述超疏水结构为多个超疏水单元的集合，在零件表面上按照纵横方向间距相等形式排列，所述超疏水单元的内部截面呈上大下小的等腰梯形形态，上表面直径为0.38～0.51mm，底角为100°～130°，整体高度为0.2～0.5mm，两两超疏水单元间距大小为0.1～0.25mm；
3)将成型后的零件，即表面制有超疏水结构的零件进行热处理。
在步骤1)中，零件表面的加工要求粗糙度Ra≤6.4，Rz≤25。
在步骤3)中，热处理温度为80℃-200℃，时间为30～60min。
本发明所提供的另一种技术方案为：基于3D打印制备超疏水结构的方法，包括以下步骤：
1)加工零件表面；
2)利用3D打印技术在零件上成型出超疏水结构，具体如下：
首先，用三维软件画出超疏水结构的三维模型，将画好的三维模型用切片软件进行分层切片处理，并使用路径规划软件进行路径规划，生成3D打印设备能够识别的数据文件并保存在计算机中；然后再将处理完的最终数据导入3D打印设备中进行3D打印，制出所需的超疏水结构；其中，所述超疏水结构为多个超疏水单元的集合，在零件表面上按照纵横方向间距相等形式排列，所述超疏水单元的内部截面形态包括两个部分，上边是一个上大下小的等腰梯形形态，而下边是一个与等腰梯形下底面等底的圆柱，等腰梯形的上表面直径为0.38～0.51mm，底角为100°～130°，圆柱高度为0.1～0.2mm，超疏水单元的整体高度为0.2～0.5mm，两两超疏水单元间距大小为0.1～0.25mm；
3)将成型后的零件，即表面制有超疏水结构的零件进行热处理。
在步骤1)中，零件表面的加工要求粗糙度Ra≤6.4，Rz≤25。
在步骤3)中，热处理温度为80℃-200℃，时间为30～60min。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明与绝大多数制备超疏水表面的方法相比，步骤更少，迅速高效。
2、本发明在打印成型完后，不需要后续化学试剂的处理，减少了污染。
3、本发明与传统利用化学修饰的方法相比，机械强度更强，更耐磨。
4、本发明与传统制备超疏水表面的方法相比，可以有效应用在金属3D打印的零件上。
附图说明
图1为一种超疏水结构示意图。
图2为另一种超疏水结构示意图
图3为超疏水结构的疏水效果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例所提供的基于3D打印制备超疏水结构的方法，包括以下步骤：
步骤1：加工金属零件表面
在316L不锈钢钢板上切割直径为φ30mm，厚度为10mm的圆柱作为金属基板，将金属基板在金相抛磨机上用800目的碳化硅砂纸磨削到粗糙度Ra≤6.4，Rz≤25。
步骤2：利用3D打印技术在零件上成型出超疏水结构，具体如下：
首先，用三维软件画出超疏水结构的三维模型，将画好的三维模型用切片软件进行分层切片处理，并使用路径规划软件进行路径规划，生成3D打印设备能够识别的数据文件并保存在计算机中；然后再将处理完的最终数据导入3D打印设备中进行3D打印，制出所需的超疏水结构；其中，所述超疏水结构为多个超疏水单元的集合，在零件表面上按照纵横方向间距相等形式排列，如图1所示，所述超疏水单元的内部截面呈上大下小的等腰梯形形态，上表面直径为0.38～0.51mm(优选0.38mm)，底角为100°～130°(优选130°)，整体高度为0.2～0.5mm(优选0.2mm)，两两超疏水单元间距大小为0.1～0.25mm(优选0.1mm)。
步骤3：将成型后的金属基板，即表面制有超疏水结构的金属基板进行热处理，热处理温度为80℃-200℃，时间为30～60min；热处理后的超疏水结构的疏水效果参见图3所示。
实施例2
如图2所示，与实施例1不同的是本实施例所述的超疏水单元内部截面形态包括两个部分，上边是一个上大下小的等腰梯形形态，而下边是一个与等腰梯形下底面等底的圆柱，等腰梯形的上表面直径为0.38～0.51mm(优选0.38mm)，底角为100°～130°(优选130°)，圆柱高度为0.1～0.2mm(优选0.1mm)，超疏水单元的整体高度为0.2～0.5mm(优选0.2mm)，两两超疏水单元间距大小为0.1～0.25mm(优选0.1mm)。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.基于3D打印制备超疏水结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)加工零件表面；
2)利用3D打印技术在零件上成型出超疏水结构，具体如下：
首先，用三维软件画出超疏水结构的三维模型，将画好的三维模型用切片软件进行分层切片处理，并使用路径规划软件进行路径规划，生成3D打印设备能够识别的数据文件并保存在计算机中；然后再将处理完的最终数据导入3D打印设备中进行3D打印，制出所需的超疏水结构；其中，所述超疏水结构为多个超疏水单元的集合，在零件表面上按照纵横方向间距相等形式排列，所述超疏水单元的内部截面呈上大下小的等腰梯形形态，上表面直径为0.38～0.51mm，底角为100°～130°，整体高度为0.2～0.5mm，两两超疏水单元间距大小为0.1～0.25mm；
3)将成型后的零件，即表面制有超疏水结构的零件进行热处理。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印制备超疏水结构的方法，其特征在于：在步骤1)中，零件表面的加工要求粗糙度Ra≤6.4，Rz≤25。
3.根据权利要求1所述的基于3D打印制备超疏水结构的方法，其特征在于：在步骤3)中，热处理温度为80℃-200℃，时间为30～60min。
4.基于3D打印制备超疏水结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)加工零件表面；
2)利用3D打印技术在零件上成型出超疏水结构，具体如下：
首先，用三维软件画出超疏水结构的三维模型，将画好的三维模型用切片软件进行分层切片处理，并使用路径规划软件进行路径规划，生成3D打印设备能够识别的数据文件并保存在计算机中；然后再将处理完的最终数据导入3D打印设备中进行3D打印，制出所需的超疏水结构；其中，所述超疏水结构为多个超疏水单元的集合，在零件表面上按照纵横方向间距相等形式排列，所述超疏水单元的内部截面形态包括两个部分，上边是一个上大下小的等腰梯形形态，而下边是一个与等腰梯形下底面等底的圆柱，等腰梯形的上表面直径为0.38～0.51mm，底角为100°～130°，圆柱高度为0.1～0.2mm，超疏水单元的整体高度为0.2～0.5mm，两两超疏水单元间距大小为0.1～0.25mm；
3)将成型后的零件，即表面制有超疏水结构的零件进行热处理。
5.根据权利要求4所述的基于3D打印制备超疏水结构的方法，其特征在于：在步骤1)中，零件表面的加工要求粗糙度Ra≤6.4，Rz≤25。
6.根据权利要求4所述的基于3D打印制备超疏水结构的方法，其特征在于：在步骤3)中，热处理温度为80℃-200℃，时间为30～60min。
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