连续面曝光石墨烯-树脂复合材料三维打印
2021-11-10张广明林荣会
蒋 进,张广明,林荣会
(青岛理工大学山东省增材制造工程技术研究中心,山东青岛 266520)
自从石墨烯从天然石墨中分离出来,它就以二维纳米材料的形式引起了学术界以及工业界的极大兴趣。石墨烯中的碳原子具有sp2杂化轨道,晶格结构呈现蜂窝形状,被赋予了优异的光学性能、机械性能、导热性能以及相当高的载流子迁移率和较大的比表面积,因此以石墨烯作为添加物制备性能优异的复合材料具有非常重要的意义。根据基体材料的不同,可将这些复合材料分为石墨烯-陶瓷复合材料、石墨烯-金属复合材料、石墨烯-聚合物复合材料[1-5]。其中石墨烯-聚合物复合材料的传统成型工艺有手糊成型、模压成型、热压罐成型、挤拉成型、缠绕成型等。虽然这些工艺在现有生产中占有一席之地,但是存在非常明显的缺点: 手糊成型工艺的生产效率低,劳动强度大; 模型工艺的设备投资大,产品截面受限; 缠绕成型工艺的投资大,技术要求高。同时,上述工艺都不适用于复杂的三维结构,限制了石墨烯-聚合物复合材料的广泛应用[6-8]。
鉴于上述传统方法的一系列缺点,越来越多的研究人员将三维(3D)打印与石墨烯-聚合物复合材料结合在一起。主要工艺有选区激光烧结(selected laser sintering,SLS)、立体光固化成形(stereo litho-graphy apparatus,SLA)、数字光处理(digital light processing,DLP)、熔丝沉积成形(fused deposition modeling,FDM)、墨水直写(direct ink writing,DIW)、3D打印(three-dimensional printing,3DP)[9-10]。在石墨烯-聚合物复合材料的光固化3D打印领域,科研人员主要使用SLA、DLP技术。Lin等[11]利用SLA技术打印石墨烯质量分数为0.2%的石墨烯-树脂复合材料,拉伸强度与伸长率分别提高了48%、13%。……