低沸点二维材料层层堆积成型方法技术

本发明专利技术涉及增材制造领域，公开了一种低沸点二维材料层层堆积成型方法，将待打印低沸点材料的第一层二维材料与基底保持预设夹角，然后将第一层二维材料预热后，使用能量枪入射第一层二维材料与基底之间，根据目标产品的形状将第一层二维材料正对基底的一面熔化焊接至基底上；使用超声波对熔化至基底上的第一层二维材料进行压实和表面清洗，形成第一层成型层；以相同的方式形成第二层成型层；依次循环重复上述步骤，在第二层成型层上成型出第三层成型层，第三层成型层上成型出第四层成型层，直至成型出最后一层成型层，获得目标成型产品为止。本发明专利技术通过能量来使二维材料层层之间实现焊合，以达到成型目的，解决低沸点材料打印因沸点低而蒸发的问题。因沸点低而蒸发的问题。因沸点低而蒸发的问题。

【技术实现步骤摘要】
低沸点二维材料层层堆积成型方法
[0001]

[0002]本专利技术涉及增材制造
，特别涉及一种低沸点二维材料层层堆积成型方法。

技术介绍

[0003]目前增材制造的原材料有金属粉末，金属丝材，高分子材料的丝材和液体，陶瓷粉末等，但未见报道有用二维材料实现增材成型的。粉末属于零维材料，丝材属于一维材料，分别需要在另外的三维和二维上增加尺寸方可成型。对于尺寸较大产品的成型，同一层上焊接缝的数量越多，焊缝缺陷越多，性能越差，稳定性越差。现有技术中未有出现通过使用二维材料层层焊接来获得产品的，由于二维材料多为带状，使用二维材料能够只需要在一维方向上增加尺寸便可成型。对于尺寸较大的产品的成型，同一层上焊接缝的数量较少，有效减少焊缝缺陷，成材率较高，性能和稳定性较好。但是现有技术中针对低沸点材料增材制造，由于低沸点材料的的沸点较低，打印时很容易因沸点较低而被打印蒸发掉，这个问题一直没有很好的解决办法。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种低沸点二维材料层层堆积成型方法，由于二维材料由300~500目的低沸点材料粉末颗粒通过有机粘结剂粘结制成，所以在打印时，只需要通过较低的能量使有机粘结剂熔化即可将低沸点二维材料层层之间实现焊合，从而达到成型目的，解决低沸点材料打印因沸点低而蒸发的问题。
[0005]技术方案：本专利技术提供了一种低沸点二维材料层层堆积成型方法，所述二维材料为300~500目的低沸点材料粉末颗粒通过有机粘结剂粘结制成的薄片状材料；成型方法包括以下步骤：S1：控制基底温度为0.3~0.7T
m
，其中，T
m
为有机粘结剂的熔点；S2：将待打印的第一层二维材料与所述基底始终保持预设夹角α1，然后将所述第一层二维材料预热至0.6~0.8T
m
后，使用能量枪入射所述第一层二维材料与所述基底之间，根据目标成型产品的形状将所述第一层二维材料正对所述基底的一面熔化焊接至所述基底上；S3：使用超声波对熔化至所述基底上的所述第一层二维材料进行压实和表面清洗，形成第一层成型层；S4：控制所述基底和所述第一层成型层的温度为0.3~0.7T
m
；S5：将待打印的第二层二维材料与所述第一层成型层始终保持预设夹角α1，然后将所述第二层二维材料预热至0.6~0.8T
m
后，使用能量枪入射所述第二层二维材料与所述第一层成型层之间，根据目标成型产品的形状将所述第二层二维材料正对所述第一层成型层的一面熔化焊接至所述第一层成型层上；S6：使用超声波对熔化至所述第一层成型层上的所述第二层二维材料进行压实和表面清洗，形成第二层成型层；依次循环重复上述步骤，在所述第二层成型层上成型出第三层成型层，在所述第三层成型层上成型出第四层成型层
······
直至成型出最后一层成型层，获得所
述目标成型产品为止；S7：对制备得到的所述目标成型产品进行真空烧结。
[0006]优选地，所述预设夹角为30~60
°
；所述能量枪与各层二维材料之间的入射夹角为15~30
°
。
[0007]优选地，所述超声波在对熔化的各层二维材料进行压实和表面清洗时，超声波与熔化的各层二维材料表面垂直。
[0008]优选地，所述真空条件为10
‑3~10
‑6Pa；真空烧结温度为0.7~1.05T，其中，T为二维材料粉末颗粒的熔点。
[0009]优选地，所述能量枪对各层二维材料的熔化速度为0.2~5mm/min。
[0010]优选地，各层二维材料为带材或细杆材；若各层二维材料为带材，则的宽度为0.2~10mm，厚度为0.01~1mm。
[0011]优选地，所述超声波的频率F≥50KHz，功率密度p≥1w/cm2。
[0012]进一步地，在获得所述目标成型产品后、真空烧结之前还包括以下步骤：对所述目标成型产品进行热等静压致密化处理，压力为50~200MPa，温度为0.4~0.7Tm，时间为1~30h，其中，T
m
为有机粘结剂的熔点。
[0013]进一步地，在所述真空烧结之后还包括以下步骤：对所述目标成型产品进行热等静压致密化处理，压力为50~200MPa，温度为0.4~0.7T，时间为1~30h，其中，T为二维材料粉末颗粒的熔点。
[0014]优选地，所述粉末颗粒为低沸点金属粉末或低沸点无机非金属粉末。
[0015]有益效果：与现有技术中的3D打印粉末和丝材相比：（1）本申请中使用二维材料作为原材料进行打印，只需在另外一维上增加尺寸便可实现成型，成型效率较高；而粉末属于零维材料，丝材属于一维材料，分别需要在另外的三维和二维上增加尺寸方可成型，成型效率较低。
[0016]（2）对于尺寸较大产品的成型，使用本申请中的二维材料作为原料可以减少同一切片层上焊缝（或熔接缝）的数量，利于减少焊缝缺陷，提高稳定性（完美度）。
[0017]（3）对于层、层复合材料的制备有独特的优势：1，精度高，二维材料的厚度即为复合材料单层最低厚度，最薄可至0.01mm。
[0018]2，控制二维材料厚度和层数即可控制复合单层的厚度。
[0019]3，对于复合面垂直于底面的复合材料（材料左
‑
右复合，而非上
‑
下复合）可制备。
[0020]4，厚板材料复合（目前是爆炸法复合，但易变形），通过在另一厚板上堆积焊接数层另一材料，实现厚板复合。
[0021]（4）由于本申请中的二维材料是由300~500目的低沸点材料粉末颗粒通过有机粘结剂粘结制成，所以在打印时，只需要通过较低的能量使有机粘结剂熔化（有机溶剂的熔点大概在200℃左右）即可将二维材料层层之间实现焊合，从而达到成型目的，解决低沸点材料打印因沸点低而蒸发的问题。
[0022]（5）由于只需熔化粘结剂，不需要粉末颗粒之间实现冶金结合，因此打印速度快，效率高，而且可一次打印多个产品，然后同时进行致密化和烧结处理，进一步提高效率。
附图说明
[0023]图1为低沸点二维材料层层堆积成型方法的示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图对本专利技术进行详细的介绍。
[0025]实施方式1：本实施方式提供了一种低沸点二维材料层层堆积成型方法，该低沸点二维材料为400目的镁合金粉末颗粒通过重量百分数分别为石蜡40%、高密度聚乙烯40%和硬脂酸20%组成的有机粘结剂粘结制成的带材，宽度优选5mm，厚度优选0.03mm。镁合金粉末质量占比90%，有机粘结剂占比10%。
[0026]其成型方法包括以下步骤：S1：控制基底1温度为150℃；S2：如图1，将待打印低沸点材料的第一层二维材料与基底1始终保持45
°
夹角α1，然后将第一层二维材料预热至165℃后，使用能量枪2（优选激光能量枪或电子束能量枪）入射第一层二维材料与基底之间，能量枪2与二维材料4之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低沸点二维材料层层堆积成型方法，其特征在于，所述二维材料为300~500目的低沸点材料粉末颗粒通过有机粘结剂粘结制成的薄片状材料；成型方法包括以下步骤：S1：控制基底（1）温度为0.3~0.7T
m
，其中，T
m
为有机粘结剂的熔点；S2：将待打印的第一层二维材料与所述基底（1）始终保持预设夹角α1，然后将所述第一层二维材料预热至0.6~0.8T
m
后，使用能量枪（2）入射所述第一层二维材料与所述基底（1）之间，根据目标成型产品的形状将所述第一层二维材料正对所述基底（1）的一面熔化焊接至所述基底（1）上；S3：使用超声波（3）对熔化至所述基底上的所述第一层二维材料进行压实和表面清洗，形成第一层成型层；S4：控制所述基底（1）和所述第一层成型层的温度为0.3~0.7T
m
；S5：将待打印的第二层二维材料与所述第一层成型层始终保持预设夹角α1，然后将所述第二层二维材料预热至0.6~0.8T
m
后，使用能量枪（2）入射所述第二层二维材料与所述第一层成型层之间，根据目标成型产品的形状将所述第二层二维材料正对所述第一层成型层的一面熔化焊接至所述第一层成型层上；S6：使用超声波（3）对熔化至所述第一层成型层上的所述第二层二维材料进行压实和表面清洗，形成第二层成型层；依次循环重复上述步骤，在所述第二层成型层上成型出第三层成型层，在所述第三层成型层上成型出第四层成型层
······
直至成型出最后一层成型层，获得所述目标成型产品为止；S7：对制备得到的所述目标成型产品进行真空烧结。2.根据权利要求1所述的低沸点二维材料层层堆积成型方法，其特征在于，所述预设夹角α1为30~60
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈业高，徐琼，张俊，邵国有，焦欣洋，
申请(专利权)人：宿迁学院，
类型：发明
国别省市：