[发明专利]一种基于激光诱导石墨烯的增材制造方法

说明书

本发明提出一种基于激光诱导石墨烯的增材制造方法，包括如下步骤：(1)增材制造、(2)胶水涂覆、(3)胶水干燥、(4)激光诱导石墨烯以及(5)石墨烯浓度检测五个主要步骤，循环执行步骤(1)～(5)可以实现石墨烯纳米复合材料的多层增材制造或者零部件的直接成型，本发明在提高石墨烯在金属基体中的掺杂质量和效率的同时，能够简化增材制造石墨烯纳米复合材料的制备流程，提高生产效率，有效提高材料的力学性能。

技术领域

本发明属于增材制造的技术领域，尤其涉及一种基于激光诱导石墨烯的增材制造方法。

背景技术

增材制造技术是区别于传统的减材制造技术堆积制造技术，基于离散-堆积原理的增材制造技术能够实现构型复杂零件的直接成型零件以及受损零件的再制造。伴随着激光增材技术飞速发展的同时，增材制造的材料也随着直接成型零部件以及再制造修复的性能要求不断拓展。其中，2D纳米金属复合材料兼具优异的强度和塑性，能够较好的满足金属结构材料使用要求，在增材领域中展现出广阔的应用前景。

目前，2D纳米金属复合材料中掺杂的2D改性剂通常为石墨烯。而在增材制造领域中实现2D石墨烯纳米复合材料制备的方式主要为真空球磨或者湿化学混合。真空球磨的方式主要是通过将石墨烯粉末与金属基体粉末通过真空球磨的方式实现石墨烯与金属粉末的初步粘结，随后利用粘结后的复合粉末执行增材制造过程。然而，通过真空球磨制备复合粉末的耗时较长，球磨时间难以精确把控。2D石墨烯较大的比表面积往往使其在球磨过程中团聚在一起，导致复合粉末中的石墨烯分布不均匀，从而影响石墨烯增强金属复合材料的性能。而湿化学混合的方法涉及到石墨烯分散-悬浮液搅动混合-复合粉末干燥等多个流程，操作流程复杂，降低了增材制造金属基纳米复合材料的生产效率。因此，如何在增材制造金属基石墨烯复合材料的过程中高效率、高质量的引入石墨烯，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种基于激光诱导石墨烯的增材制造方法，通过在增材制造过程中复合激光束辐射高分子薄膜制备石墨烯工艺的金属基石墨烯纳米复合材料，能够实现在提高石墨烯在金属基体中的掺杂质量和效率的同时，简化增材制造金属基石墨烯纳米复合材料的制备流程，提高生产效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于激光诱导石墨烯的增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)增材制造；

S2)胶水涂覆：在已增材表面涂覆胶水；

S3)胶水干燥：利用热量使得胶水干燥成膜；

S4)激光诱导石墨烯：石墨烯诱导激光束沿扫描路径移动，激光诱导石墨烯；

S5)检测并控制产生的石墨烯的浓度；

S6)重复上述步骤S1～S5完成增材制造。

按上述技术方案，步骤S1中所述增材制造包括喷涂、固体粉末激光增材制造、液态3D打印。

按上述技术方案，步骤S2中所述胶水涂覆采用喷涂或刮抹或滴注的方式完成。

按上述技术方案，所述胶水为含富苯环的有机胶水。

按上述技术方案，步骤S3中所述热量通过加热装置或已增材层的热扩散过程提供。

按上述技术方案，步骤S4中所述石墨烯诱导激光束的移动通过移动激光器或移动工件平台或采用振镜实现。

按上述技术方案，步骤S5中包括如下内容：在自然光环境下通过光谱仪检测石墨烯的浓度，若浓度不满足要求，通过调整石墨烯诱导激光束的功率或胶水涂覆量或重复步骤S2～S5的实施次数实现；若浓度满足要求则完成增材制造。

按上述技术方案，所述石墨烯诱导激光束为不同波长的CO₂激光或半导体激光。