CN113458389A - 一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、合金浆料、制备方法和立体光刻打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、合金浆料、制备方法和立体光刻打印方法，铝合金粉体表面形成稳定的聚苯乙烯包覆层；其中，聚苯乙烯包覆层厚度均匀，为200～400nm；聚苯乙烯包覆层质量占聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的质量百分比为8.97％；聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的颜色为黑色。本发明采用聚苯乙烯对铝合金粉体进行表面改性，聚苯乙烯与铝合金粉体之间存在范德华力作用，由此在铝合金表面形成稳定的聚苯乙烯包覆层，且包覆层结构致密。包覆后的铝合金粉体其分散性提高，并显著提高了浆料的固化深度，从而使得铝合金粉体固化成型。立体光刻技术具有高精度，高分辨率等优势，更加适合打印复杂精细结构。

Description

一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、合金浆料、制备方法和 立体光刻打印方法

技术领域

本发明属于金属材料增材制造技术领域，具体涉及一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、合金浆料、制备方法和立体光刻打印方法。

背景技术

随着航空航天及汽车制造业的发展，轻量化成为衡量材料的标准之一。因此，构建复杂，薄壁化结构，同时维持良好的性能成为研究的重点。但是，对于传统铸造方法，很难实现高度复杂结构的制备。然而，近几十年发展迅猛的增材制造技术可以直接构建复杂的几何图形，解决传统制造工艺难以加工或无法加工的局限。现今，金属增材制造的主要研究热点在选择性激光熔融、电子束熔融和激光成形等采用激光或电子束为热源的技术，但由于其高能量激光源会产生高温度梯度从而生成残余应力，导致形成空隙、裂纹以及表面光洁度不佳等缺陷。因此有必要探索新型金属增材制造技术，减少打印缺陷，增强机械性能。

基于光固化原理的的增材制造技术包括立体光刻技术和数字光处理。与其他现有的3D打印技术相比，立体光刻技术被认为是低成本，高产量的增材制造技术。立体光刻技术是基于光聚合过程，该过程由紫外线辐射引发光聚合反应，使光敏树脂或以光敏树脂为基质的浆料固化成型，能够生成从微尺度到中尺度的各种高度复杂的3D结构，具有微尺度的结构和亚微米的精度。因此，由于立体光刻技术具有成型速度快，高精度、高分辨率以及无残余热应力等优异特性更适合于打印复杂精细结构，例如用于修复骨组织的支架结构，用于牙科修复的牙齿结构以及精细的晶格结构等，因此可以用于航空航天，生物医学，传感器以及微电子系统等高端制造领域。

铝合金由于其低密度，高比强度，良好的导热性，耐腐蚀性和其他优异性能，在航空航天、热交换器以及汽车工业等具有良好的发展前景，同时也是轻质航空航天设备的主要材料。立体光刻3D打印铝合金结构件的主要技术挑战在于低的固化深度，这可能是由于粉末的高折射率和超细颗粒之间的团聚造成的。对于粒径小于30μm的超细合金粉体，其具有化学反应速度快，烧结强度高等优点，但是，由于其较高的比表面能，很容易引起颗粒之间的团聚，从而导致粉体在光敏树脂中的分散性很差，从而在与光敏树脂形成的混合体系中，由于粉体团聚而无法透过紫外光，导致其无法固化成型，得不到完整的原型件。因此，如何对铝合金粉体进行表面改性，解决超细粉体易团聚等缺陷，从而满足立体光刻3D打印的要求，具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、合金浆料、制备方法和立体光刻打印方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体，铝合金粉体表面形成稳定的聚苯乙烯包覆层；其中，聚苯乙烯包覆层厚度均匀，为200～400nm；聚苯乙烯包覆层质量占聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的质量百分比为8.97％；聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的颜色为黑色。

优选的，铝合金粉体为铝合金中Al-Si-Mg系中的任意一种，粒径为0～20μm。

本发明还提供一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，称取配方量的原料，包括：铝合金粉体、无水乙醇、去离子水、引发剂和苯乙烯；

各原料配比如下：

铝合金粉体10～50重量份；无水乙醇100重量份；去离子水10～50重量份；引发剂0.1～0.5重量份，苯乙烯10～50重量份；

步骤2，将配方量的无水乙醇和去离子水加入到装有冷凝管和机械搅拌装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于恒温油浴锅中，转速调至400r/min，升温至55℃；

然后，将配方量的铝合金粉体分批加入到装有无水乙醇和去离子水的三口烧瓶中，加入完成后继续搅拌30min，使铝合金粉体充分分散在无水乙醇和去离子水中，得到铝合金粉体混合液；

步骤3，将配方量的引发剂置于配方量的苯乙烯中，搅拌均匀，得到引发剂的苯乙烯溶液；

步骤4，采用恒压滴液漏斗，向三口烧瓶内的铝合金粉体混合液中以1滴/s的速率滴加引发剂的苯乙烯溶液，滴加完成后，以2℃/min升温速度，将油浴温度升高至75℃，恒温搅拌1～2h，通过引发剂使苯乙烯发生聚合反应，然后升温至80℃，6h后停止反应，得到聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品；

步骤5，采用乙醇清洗聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品3～5次，然后，将聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品放入烘箱中，50℃下干燥12h，得到对铝合金粉体进行表面改性后的最终样品，即：聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体。

优选的，引发剂为过氧化二苯甲。

本发明还提供一种适用于立体光刻技术的合金浆料，包括聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体，还包括光敏树脂、分散剂和光引发剂；

各原料配比如下：

聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体30～50体积份；光敏树脂50～70体积份；

将聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体质量表示为W₁；将光敏树脂质量表示为W₂；则：光引发剂的添加量＝(0.5～1)％*W₂；分散剂的添加量＝(2～5)％*W₁；

所述适用于立体光刻技术的合金浆料的粘度范围为800～5000厘泊；

所述适用于立体光刻技术的合金浆料，其固化深度随着曝光强度的增加而增加；其固化深度的范围为60μm～90μm。

优选的，光敏树脂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；分散剂为SP710分散剂；光引发剂为双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦。

本发明还提供一种适用于立体光刻技术的合金浆料的制备方法，包括以下步骤：

将配方量的聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、配方量的光敏树脂、配方量的分散剂和配方量的光引发剂混合均匀后，采用球磨机球磨2～4h，料球比为4：1～2：1，转速控制在250～300r/min，得到最终的适用于立体光刻技术的合金浆料。

本发明还提供一种立体光刻3D打印方法，包括以下步骤：

以权利要求5所述的适用于立体光刻技术的合金浆料为原材料，进行立体光刻3D打印，将适用于立体光刻技术的合金浆料打印成型，得到铝合金原型件；

其中，立体光刻3D打印方法工艺参数为：首先采用光敏树脂进行打底，打印层厚为0.05mm，层数为1-5层，底层曝光时间为8～10s；随后采用适用于立体光刻技术的合金浆料打印，打印层厚为0.025mm，单层曝光时间为10s～20s。

优选的，立体光刻3D打印为立体光刻技术、数字光处理技术中的一种。

本发明提供的一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、合金浆料、制备方法和立体光刻打印方法具有以下优点：

1、本发明采用聚苯乙烯对铝合金粉体进行表面改性，聚苯乙烯与铝合金粉体之间存在范德华力作用，由此在铝合金表面形成稳定的聚苯乙烯包覆层，且包覆层结构致密。

2、该方法工艺简单，操作容易，易于工业化生产。

3、包覆后的铝合金粉体其分散性提高，并显著提高了浆料的固化深度，从而使得铝合金粉体固化成型。

4、立体光刻技术具有高精度，高分辨率等优势，更加适合打印复杂精细结构。结合本发明提出的金属粉体的包覆改性技术，进一步扩宽了立体光刻技术的应用范围，以及可应用于增材制造的金属合金的种类。

附图说明

图1为本发明的适用于立体光刻技术的合金浆料的制备方法的合成路线图；

图2为合成路线(1)中铝合金粉体包覆前后的粒径分布图；

图3为合成路线(1)中铝合金粉体包覆前的SEM图；

图4为合成路线(1)中铝合金粉体包覆后的SEM图；

图5为合成路线(1)中铝合金粉体包覆前的TEM图；

图6为合成路线(1)中铝合金粉体包覆后的TEM图；

图7为合成路线(1)中铝合金粉体包覆前后以及聚苯乙烯的热重图；

图8为合成路线(1)中包覆前铝合金粉体的宏观形貌图；

图9为合成路线(1)中包覆后铝合金粉体的宏观形貌图；

图10为合成路线(2)中包覆前后铝合金粉体制备的浆料的固化深度图；

图11为合成路线(3)中制备的铝合金原型件的宏观形貌图；

图12为合成路线(3)中制备的铝合金原型件的样品表面微观结构图；

图13为合成路线(3)中制备的铝合金原型件的样品侧面的微观结构图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的目的是解决超细铝合金粉体分散性差，易团聚等问题，从而实现铝合金粉体立体光刻3D打印成型，由此提供的一种球形超细铝合金粉体的表面改性及立体光刻制备方法。

(一)聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体

本发明提供一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体，铝合金粉体表面形成稳定的聚苯乙烯包覆层；其中，聚苯乙烯包覆层厚度均匀，为200～400nm；聚苯乙烯包覆层质量占聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的质量百分比为8.97％；聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的颜色为黑色。

其中，铝合金粉体为铝合金中Al-Si-Mg系中的任意一种，粒径为0～20μm。

(二)聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的制备方法

本发明提供一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，称取配方量的原料，包括：铝合金粉体、无水乙醇、去离子水、引发剂和苯乙烯；

各原料配比如下：

铝合金粉体10～50重量份；无水乙醇100重量份；去离子水10～50重量份；引发剂0.1～0.5重量份，苯乙烯10～50重量份；其中，引发剂为过氧化苯甲酰(BPO)，其加入量可以为苯乙烯质量的0.5％。

步骤2，将配方量的无水乙醇和去离子水加入到装有冷凝管和机械搅拌装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于恒温油浴锅中，转速调至400r/min，升温至55℃；

然后，将配方量的铝合金粉体分批加入到装有无水乙醇和去离子水的三口烧瓶中，加入完成后继续搅拌30min，使铝合金粉体充分分散在无水乙醇和去离子水中，得到铝合金粉体混合液；

步骤3，将配方量的引发剂置于配方量的苯乙烯中，搅拌均匀，得到引发剂的苯乙烯溶液；其中，引发剂为过氧化二苯甲。

步骤4，采用恒压滴液漏斗，向三口烧瓶内的铝合金粉体混合液中以1滴/s的速率滴加引发剂的苯乙烯溶液，滴加完成后，以2℃/min升温速度，缓慢将油浴温度升高至75℃，恒温搅拌1～2h，通过引发剂使苯乙烯发生聚合反应，然后升温至80℃，6h后停止反应，得到聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品；

步骤5，采用乙醇清洗聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品3～5次，然后，将聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品放入烘箱中，50℃下干燥12h，得到对铝合金粉体进行表面改性后的最终样品，即：聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体。

其中，选用乙醇对聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体进行清洗，目的为：去除铝粉表面残留的交联聚合的苯乙烯，以避免对后续应用的影响。

(三)适用于立体光刻技术的合金浆料

本发明提供一种适用于立体光刻技术的合金浆料，包括聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体，还包括光敏树脂、分散剂和光引发剂；

各原料配比如下：

聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体30～50体积份；光敏树脂50～70体积份；

将聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体质量表示为W₁；将光敏树脂质量表示为W₂；则：光引发剂的添加量＝(0.5～1)％*W₂；分散剂的添加量＝(2～5)％*W₁；

其中，分散剂可采用SP710，光敏树脂可采用三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)，光引发剂可采用双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(BAPO)。

所述适用于立体光刻技术的合金浆料的粘度范围为800～5000厘泊；

所述适用于立体光刻技术的合金浆料，其固化深度随着曝光强度的增加而增加；其固化深度的范围为60μm～90μm。

其中：光敏树脂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；分散剂为SP710分散剂；光引发剂为双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦。

(四)适用于立体光刻技术的合金浆料的制备方法

本发明提供一种适用于立体光刻技术的合金浆料的制备方法，参考图1，包括以下步骤：

将配方量的聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、配方量的光敏树脂、配方量的分散剂和配方量的光引发剂混合均匀后，采用球磨机球磨2～4h，料球比为4：1～2：1，转速控制在250～300r/min，得到最终的适用于立体光刻技术的合金浆料。

其中，分散剂的作用为：提高分散体系的稳定性，防止固体颗粒沉降和团聚。

最终的适用于立体光刻技术的合金浆料的粘度范围在800～5000cP，适用于立体光刻技术打印。

(五)立体光刻3D打印方法

以适用于立体光刻技术的合金浆料为原材料，进行立体光刻3D打印，将适用于立体光刻技术的合金浆料打印成型，得到铝合金原型件；其原理为，光敏树脂被紫外光引发聚合反应，随着光敏树脂的聚合固定粉体颗粒，最终成型金属原型件。

其中，立体光刻3D打印方法工艺参数为：首先采用光敏树脂进行打底，打印层厚为0.05mm，层数为1-5层，底层曝光时间为8～10s；随后采用适用于立体光刻技术的合金浆料打印，打印层厚为0.025mm，单层曝光时间为10s～20s。其中，立体光刻3D打印为立体光刻技术、数字光处理技术中的一种。

下面介绍两个实施例：

实施例一：

(1)超细铝合金粉体的表面改性，即：聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的制备

步骤1，首先将去离子水和无水乙醇加入到装有冷凝管和机械搅拌装置的三口烧瓶中，然后将其置于恒温油浴锅内，升温至55℃，转速调至400r/min；

然后，将铝合金粉体少量分批加入到装有无水乙醇和去离子水的三口烧瓶中，加入完成后继续搅拌30min，使铝合金粉体充分分散在无水乙醇和去离子水中；其中，铝合金粉体：无水乙醇：去离子水的质量比为20：100：20；

步骤2，将引发剂置于苯乙烯中，搅拌均匀后，用恒压滴液漏斗以1滴/s的速率向三口烧瓶内缓慢滴加。滴加完成后，以2℃/min升温速度，缓慢升高油浴温度至75℃，恒温1-2h，使之聚合，随后升温至80℃，6h后停止反应；得到聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品；

步骤3，将包覆后的铝合金粉体经乙醇清洗3-5遍后，然后放入烘箱中，50℃下干燥12h，得到聚苯乙烯包覆的铝合金复合粒子，实现对铝合金粉体的表面包覆改性。

(2)制备适用于立体光刻技术的浆料体系

将包覆后的铝合金粉体、光敏树脂、分散剂和光引发剂，按照比例混合，聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体体积含量为30～50％，光敏树脂体积含量为50～70％，分散剂添加量为粉体的2-5％，光引发剂的添加量为光敏树脂的0.5～1％，球磨后制得合金浆料。

(3)立体光刻3D打印

通过立体光刻3D打印技术将混合浆料打印成型，得到铝合金原型件。所述立体光刻成型工艺参数为：首先采用光敏树脂进行打底，打印层厚为0.05mm，层数为1-5层，底层曝光时间为8-10s；随后浆料打印，打印层厚为0.025mm，单层曝光时间为10s-20s。

对本实施例制备的聚苯乙烯/铝合金粉体复合粉体的包覆层，以及制备的浆料体系的光固化能力等性能进行研究分析，具体过程如下：

采用激光粒度分析仪对包覆前后的粉体粒径进行分析，表征包覆前后粉体粒径的变化。图2为铝合金粉体包覆前后的粒径分布图；从图2可以看出，原始铝合金粉体的平均粒径为10.604μm，包覆后粉体(即聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体)的粒径为11.089μm。包覆前后粉体粒径变化较小，并且其粒径分布曲线也接近重合，因此说明包覆层较为均匀，且包覆层厚度较薄。

采用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察和分析包覆前后铝合金粉体样品的表面形貌，如图3所示，为铝合金粉体包覆前的SEM图；如图4所示，为铝合金粉体包覆后的SEM图；

即：图3为原始铝合金粉体的SEM图，图4为包覆后的铝合金粉体的SEM图。从图3和图4可以看出，原始铝合金粉体呈球形形态，且表面光滑，边缘清晰。而包覆后的复合粉体，其表面被类似片状结构紧紧包裹，但其粉体原始的球形形态并未发生改变。这表明铝合金粉体成功被聚苯乙烯包裹。

如图5和图6所示，分别为铝合金粉体包覆前后的TEM图；其中，图5为原始铝合金粉体的TEM图；图6为包覆后的铝合金粉体的TEM图。从图中可以看出，原始粉体表面光滑，边缘清晰。而包覆后的粉体被一层均一薄膜包裹，该薄膜边缘清晰且规则，包覆层层厚大约为200-400nm，这也与粒径分布结果一致。

图7为包覆前后的铝合金粉体以及聚苯乙烯的热重图，实线为原始铝合金粉体，虚线为聚苯乙烯，点线为包覆后的铝合金粉体。从图中可以看出，对于原始铝合金粉体，在整个过程中其质量完全没有改变。对于聚苯乙烯，其质量在300℃到450℃之间急速下降。然而包覆后的铝合金粉体与聚苯乙烯的失重趋势相似，这是由于在300℃到450℃之间对应的是聚苯乙烯的分解过程。当温度升到600℃，其包覆后粉体的残余质量为91.03％，这表明聚苯乙烯包覆层的含量约为8.97％。而后采用碳硫分析仪对复合粉体的碳含量进行测试分析，结果表明复合粉体的碳含量为7.02％，这正好验证了热重的结果。

图8和图9分别为包覆前后铝合金粉体的宏观形貌；其中，图8为原始铝合金粉体的宏观形貌；图9为包覆后的铝合金粉体的宏观形貌；先前提到，超细粉体由于表面能高，易团聚，在光敏树脂中分散性差，从而导致紫外光无法穿透浆料使得树脂无法固化。从图中可以明显地看出，包覆后粉体由原来的呈灰白色变为黑色。对比两种粉体的堆积状态，原始粉体易团聚结块，而包覆后的粉体呈现松散的状态。由此证明，包覆后粉体的分散性被提高。

图10为包覆前后铝合金粉体浆料(即适用于立体光刻技术的合金浆料)的固化深度图。实线由原始粉体固化深度曲线，虚线为包覆后粉体的固化深度曲线。从图中可以看出，随着曝光强度的增加，固化深度随之增加。经过对比可以得知，原始粉体的固化深度最高为40μm，最低为20μm，而包覆后粉体的固化深度最高为90μm，最低为60μm。这表明相较于原始粉体，包覆后粉体的固化深度平均提高约50μm。因此，可以说明包覆后的铝合金粉体的光固化能力显著提高。

图11-图13分别为制备的铝合金原型件的宏观形貌和SEM图，其中，图11为长方体结构的宏观形貌，可以看出，铝合金原型件结构完整，表面光滑无缺陷。图12为样品表面的微观结构，可以看出，树脂与颗粒之间粘接完好，无孔隙，裂纹生成，并且颗粒分散均匀。图13为样品侧面的微观结构，可以看出，样品的打印层厚为25μm，且层与层之间结合紧密。

实施例二：

(1)超细铝合金粉体的表面改性

步骤1，首先将去离子水和无水乙醇加入到装有冷凝管和机械搅拌装置的三口烧瓶中，然后将其置于恒温油浴锅内，升温至55℃，转速调至400r/min；

然后，将铝合金粉体少量分批加入到装有无水乙醇和去离子水的三口烧瓶中，加入完成后继续搅拌30min，使铝合金粉体充分分散在无水乙醇和去离子水中；

步骤2，将引发剂置于苯乙烯中，搅拌均匀后，用恒压滴液漏斗向三口瓶内以1滴/s的速率缓慢滴加，滴加完成后，以2℃/min升温速度，缓慢升高油浴温度至75℃，恒温1-2h，使之聚合，随后升温至80℃，6h后停止反应；得到聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品；

步骤3，将包覆后的铝合金粉体经乙醇清洗3-5遍后，然后放入烘箱中，50℃下干燥12h，最终得到聚苯乙烯包覆的铝合金复合粒子，实现对铝合金粉体的表面改性。在该步骤中，苯乙烯的聚合反应如下所示：

首先，引发剂(过氧化二苯甲酰，BPO)均裂成初级自由基；

其次，初级自由基和苯乙烯单体形成单体自由基；

最后，单体自由基聚合形成聚苯乙烯。

(2)制备适用于立体光刻技术的浆料体系

将包覆后的铝合金粉体、光敏树脂、分散剂和光引发剂，按照比例混合，聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体体积含量为40％，光敏树脂体积含量为60％，分散剂添加量为粉体质量的4％，光引发剂的添加量为光敏树脂质量的0.7％，将浆料放入球磨机中进行球磨，制得合金浆料，浆料体系粘度范围在800～5000cP以内，适用于立体光刻技术打印。

(3)立体光刻3D打印

通过立体光刻3D打印技术将混合浆料打印成型，得到铝合金原型件。原型件表面光滑，无缺陷，层间结合紧密。所述立体光刻成型工艺参数为：首先采用光敏树脂打底，打印层厚为0.05mm，层数为1-5层，底层曝光时间为8-10s；随后浆料打印，打印层厚为0.025mm，单层曝光时间为10s-20s。

本发明提供一种球形超细铝合金粉体的表面改性及其立体光刻技术制备方法，解决超细铝合金粉体易发生团聚，以及在光敏树脂分散性差的问题，从而最终实现铝合金粉体立体光刻增材制造技术制备原型件。本发明具有以下优点：

1、本发明采用聚苯乙烯对铝合金粉体进行表面改性，聚苯乙烯与铝合金粉体之间存在范德华力作用，由此在铝合金表面形成稳定的聚苯乙烯包覆层，且包覆层结构致密。

2、该方法工艺简单，操作容易，易于工业化生产。

3、包覆后的铝合金粉体其分散性提高，并显著提高了浆料的固化深度，从而使得铝合金粉体固化成型。

4、立体光刻技术具有高精度，高分辨率等优势，更加适合打印复杂精细结构。结合本发明提出的金属粉体的包覆改性技术，进一步扩宽了立体光刻技术的应用范围，以及可应用于增材制造的金属合金的种类。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体，其特征在于，铝合金粉体表面形成稳定的聚苯乙烯包覆层；其中，聚苯乙烯包覆层厚度均匀，为200～400nm；聚苯乙烯包覆层质量占聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的质量百分比为8.97％；聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的颜色为黑色。

2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体，其特征在于，铝合金粉体为铝合金中Al-Si-Mg系中的任意一种，粒径为0～20μm。

3.一种权利要求1所述的聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，称取配方量的原料，包括：铝合金粉体、无水乙醇、去离子水、引发剂和苯乙烯；

各原料配比如下：

铝合金粉体10～50重量份；无水乙醇100重量份；去离子水10～50重量份；引发剂0.1～0.5重量份，苯乙烯10～50重量份；

步骤2，将配方量的无水乙醇和去离子水加入到装有冷凝管和机械搅拌装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于恒温油浴锅中，转速调至400r/min，升温至55℃；

然后，将配方量的铝合金粉体分批加入到装有无水乙醇和去离子水的三口烧瓶中，加入完成后继续搅拌30min，使铝合金粉体充分分散在无水乙醇和去离子水中，得到铝合金粉体混合液；

步骤3，将配方量的引发剂置于配方量的苯乙烯中，搅拌均匀，得到引发剂的苯乙烯溶液；

步骤4，采用恒压滴液漏斗，向三口烧瓶内的铝合金粉体混合液中以1滴/s的速率滴加引发剂的苯乙烯溶液，滴加完成后，以2℃/min升温速度，将油浴温度升高至75℃，恒温搅拌1～2h，通过引发剂使苯乙烯发生聚合反应，然后升温至80℃，6h后停止反应，得到聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品；

步骤5，采用乙醇清洗聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品3～5次，然后，将聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体样品放入烘箱中，50℃下干燥12h，得到对铝合金粉体进行表面改性后的最终样品，即：聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体。

4.根据权利要求3所述的聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体的制备方法，其特征在于，引发剂为过氧化二苯甲。

5.一种适用于立体光刻技术的合金浆料，其特征在于，包括权利要求1所述的聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体，还包括光敏树脂、分散剂和光引发剂；

各原料配比如下：

聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体30～50体积份；光敏树脂50～70体积份；

将聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体质量表示为W₁；将光敏树脂质量表示为W₂；则：光引发剂的添加量＝(0.5～1)％*W₂；分散剂的添加量＝(2～5)％*W₁；

所述适用于立体光刻技术的合金浆料的粘度范围为800～5000厘泊；

所述适用于立体光刻技术的合金浆料，其固化深度随着曝光强度的增加而增加；其固化深度的范围为60μm～90μm。

6.根据权利要求5所述的适用于立体光刻技术的合金浆料，其特征在于，光敏树脂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；分散剂为SP710分散剂；光引发剂为双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦。

7.一种权利要求5所述的适用于立体光刻技术的合金浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将配方量的聚苯乙烯包覆铝合金的复合粉体、配方量的光敏树脂、配方量的分散剂和配方量的光引发剂混合均匀后，采用球磨机球磨2～4h，料球比为4：1～2：1，转速控制在250～300r/min，得到最终的适用于立体光刻技术的合金浆料。

8.一种立体光刻3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

以权利要求5所述的适用于立体光刻技术的合金浆料为原材料，进行立体光刻3D打印，将适用于立体光刻技术的合金浆料打印成型，得到铝合金原型件；

其中，立体光刻3D打印方法工艺参数为：首先采用光敏树脂进行打底，打印层厚为0.05mm，层数为1-5层，底层曝光时间为8～10s；随后采用适用于立体光刻技术的合金浆料打印，打印层厚为0.025mm，单层曝光时间为10s～20s。

9.根据权利要求8所述的立体光刻3D打印方法，其特征在于，立体光刻3D打印为立体光刻技术、数字光处理技术中的一种。

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