CN111873404A - 一种基于3d打印的空间多层吸波结构的制备方法 - Google Patents

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李涤尘
张志坤
杨东
曹毅
尹义发
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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Abstract

一种基于3D打印的空间多层吸波结构的制备方法，先使用三维绘图软件绘制出多层吸波结构的三维模型，每层结构由多个结构单元组成，每个结构单元分为框架结构部分和吸波填料部分；将绘制好的三维模型导入到3D打印机中，得到用于3D打印的指令文件，然后由多喷头系统制备多层吸波结构；由主喷嘴打印框架结构部分，副喷嘴打印吸波填料部分；本发明提使用具有高含量吸波剂的复合材料制备填料部分，保证了整体结构的高吸波性能；同时使用高性能聚合物制备吸波结构框架，保证了整体结构的高力学强度。

Description

一种基于3D打印的空间多层吸波结构的制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印以及吸波材料的技术领域，具体涉及一种基于3D打印的空间多层吸波结构的制备方法。
背景技术
近年来，随着科技的发展，吸波材料在电磁屏蔽领域起到了越来越重要的作用。按照承载能力划分，吸波材料可以分为涂覆型吸波材料和结构型吸波材料。涂覆型吸波材料一般通过吸波剂与粘结剂混合制备而成，使用时在表面涂覆形成涂层。涂覆型吸波材料使用方便，并且具有很强的外形适应性，但是这种材料受制于涂层的厚度限制，一般有效吸收带宽较窄，而且存在涂层易脱落、本身没有力学承载能力等问题。
为了解决上述问题，近些年来结构型吸波材料受到了越来越多的关注。通常将吸波剂与基体材料相复合得到吸波功能复合材料，在结合特定的形状，制备得到结构型吸波材料。通常来说，结构型吸波材料不仅具有吸收性能高、吸收频带宽等优点，而且具有一定的力学承载能力。然而，为了得到较好的吸收效果，往往需要在基体材料中添加较高含量的吸波剂材料，而高含量的吸波剂材料会降低基体材料的力学性能。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出了一种基于3D打印的空间多层吸波结构的制备方法，使用多喷头系统一体化制备吸波结构，使用高性能聚合物制备吸波结构框架，使用含有高含量吸波剂的复合材料制备吸波填料；在保证多层吸波结构具有高吸波效果的同时，也具有良好的力学承载能力。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于3D打印的空间多层吸波结构的制备方法，包括以下步骤：
1)建立多层吸波结构三维模型并生成打印路径：使用三维绘图软件绘制出多层吸波结构的三维模型；其中，每层结构由多个结构单元组成；其中，每个结构单元分为框架结构部分和吸波填料部分；将绘制好的三维模型导入到3D打印机中，设置打印速度等工艺参数，得到用于3D打印的指令文件；
2)3D打印工艺制备多层吸波结构：使用步骤1)中得到的3D打印指令文件，由多喷头系统制备多层吸波结构；由主喷嘴打印框架结构部分，副喷嘴打印吸波填料部分；框架结构部分的材料为高性能聚合物，吸波填料部分的材料为吸波剂和粘结剂的复合材料。
所述的步骤1)中的结构单元为三角形结构单元、四边形结构单元、六边形结构单元、网格式结构单元的一种或多种。
所述的步骤1)中框架结构部分和吸波填料部分，其形式为紧密贴合在一起，框架结构部分在外侧，吸波填料部分在内侧；或框架结构部分在内侧，吸波填料部分在外侧。
所述的步骤2)中的高性能聚合物材料为聚醚醚酮(PEEK)、聚乳酸(PLA)、聚酰亚胺(PI)、尼龙(PA)等高性能聚合物材料中的一种或多种。
所述的步骤2)中的粘结剂材料为环氧树脂材料、聚氨酯材料、氨基树脂材料中的一种或多种。
所述的步骤2)中的吸波剂材料为羰基铁粉等金属材料，或石墨烯、碳纤维等碳系材料，或碳化硅、氮化硅等陶瓷材料中的一种或多种。
本发明相比于现有技术，具有如下的有益效果：
本发明提出来一种基于3D打印的空间多层吸波结构的制备方法，使用具有高含量吸波剂的复合材料制备填料部分，保证了整体结构的高吸波性能；同时使用高性能聚合物制备吸波结构框架，保证了整体结构的高力学强度；使用多喷头系统实现了整体结构的一体化制备，缩减了制造工序，提高了制备效率；同时保证了吸波构型的完整性，提高了框架部分和吸波填料部分的结合强度。
附图说明
图1为本发明实施例1中结构件的三维模型示意图。
图2为本发明实施例2中结构件的三维模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1，一种基于3D打印的空间多层吸波结构的制备方法，包括以下步骤：
1)建立多层吸波结构三维模型并生成打印路径：使用三维绘图软件绘制出双层吸波结构的三维模型；参照图1，第一层结构由四边形结构单元组成，边长为4mm，第二层结构同样由四边形结构单元组成，边长为6mm；其中，每个结构单元分为框架结构部分和吸波填料部分，框架结构部分在内侧，吸波填料部分在外侧；将绘制好的三维模型导入到3D打印机中，设置打印速度为20mm/min，得到用于3D打印的指令文件；
2)3D打印工艺制备多层吸波结构：使用步骤1)中得到的3D打印指令文件，由多喷头系统制备多层吸波结构；其中由主喷嘴打印框架结构部分，副喷嘴打印吸波填料部分；框架结构部分的材料为聚乳酸材料，吸波填料部分的材料为羰基铁粉和环氧树脂的复合材料。
实施例2，一种基于3D打印的空间多层吸波结构的制备方法，包括以下步骤：
1)建立多层吸波结构三维模型并生成打印路径：使用三维绘图软件绘制出三层吸波结构的三维模型；参照图2，第一层结构由四边形结构单元组成，边长为3mm，第二层结构由四边形结构单元组成，边长为5mm，第三层结构由六边形结构单元组成，边长为6mm；其中，每个结构单元分为框架结构部分和吸波填料部分，框架结构部分在内侧，吸波填料部分在外侧；将绘制好的三维模型导入到3D打印机中，设置打印速度为15mm/min，得到用于3D打印的指令文件；
2)3D打印工艺制备多层吸波结构：使用步骤1)中得到的3D打印指令文件，由多喷头系统制备多层吸波结构；其中由主喷嘴打印框架结构部分，副喷嘴打印吸波填料部分；框架结构部分的材料为聚醚醚酮材料，吸波填料部分的材料为石墨烯和环氧树脂的复合材料。

Claims (6)

1.一种基于3D打印的空间多层吸波结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立多层吸波结构三维模型并生成打印路径：使用三维绘图软件绘制出多层吸波结构的三维模型；其中，每层结构由多个结构单元组成；每个结构单元分为框架结构部分和吸波填料部分；将绘制好的三维模型导入到3D打印机中，设置打印速度等工艺参数，得到用于3D打印的指令文件；
2)3D打印工艺制备多层吸波结构：使用步骤1)中得到的3D打印指令文件，由多喷头系统制备多层吸波结构；由主喷嘴打印框架结构部分，副喷嘴打印吸波填料部分；框架结构部分的材料为高性能聚合物，吸波填料部分的材料为吸波剂和粘结剂的复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的空间多层涂覆型吸波结构的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中的结构单元为三角形结构单元、四边形结构单元、六边形结构单元、网格式结构单元的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的空间多层涂覆型吸波结构的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中框架结构部分和吸波填料部分，其形式为紧密贴合在一起，框架结构部分在外侧，吸波填料部分在内侧；或框架结构部分在内侧，吸波填料部分在外侧。
4.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的空间多层涂覆型吸波结构的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)中的聚合物材料为聚醚醚酮(PEEK)、聚乳酸(PLA)、聚酰亚胺(PI)和尼龙(PA)高性能聚合物材料中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的空间多层涂覆型吸波结构的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)中的粘结剂材料为环氧树脂材料、聚氨酯材料、氨基树脂材料中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的空间多层涂覆型吸波结构的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)中的吸波功能填料为羰基铁粉的金属材料，或石墨烯、碳纤维的碳系材料，或碳化硅、氮化硅的陶瓷材料中的一种或多种。
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