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金属3D打印技术在3D打印领域中是最具前沿和潜力的技术,是增材制造技术发展的重要方向。现在金属3D打印方式包括选择性激光烧结(SLS)、激光选区熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)等方式,它们以激光/电子束等高能量源直接熔化沉积金属粉末,但存在着设备价格昂贵、金属粉末材料受限制等不足。本课题针对现有金属3D打印存在的不足,提出一种将金属注射成型技术与FDM技术结合的气动式挤出直写的金属粉末3D打印技术,该技术具有成本低、打印条件要求低、金属粉末适应性强和金属粉末可重复利用等优点。本课题的研究包括金属浆料的制备、3D打印设备的搭建与改进、金属浆料的3D打印成型、金属坯体的脱脂烧结工艺以及铜样件在电催化还原CO2上应用。主要研究内容与结果如下:(1)本文选用铜粉作为实验原料,选用质量分数为10%的PVA水溶液作为粘结剂。通过理论计算和对比实验得出,铜粉与PVA水溶液质量比为9:1时,浆料挤出均匀光滑、成型效果最佳,铜粉末装载量最大。此时浆料密度为4.386g/cm3,粘度为421Pa·s,为其他金属浆料的配比提供了理论依据。(2)通过试验研究打印速度、挤出压力、打印层高和打印间距等工艺参数对坯体成型精度和表面质量的影响。试验表明,打印速度为15mm/s,挤出压力为30psi时,浆料挤出堆积均匀;打印层高为喷嘴直径的80%,即0.4mm时,表面质量高,层与层之间粘结紧密;打印间距为0.5mm时,相邻两丝料之间粘结紧密且成型精度高。(3)通过试验确定脱脂和烧结的最佳工艺。首先通过打印坯体的热重分析确定脱脂的大致步骤,再通过试验研究脱脂温度及保温时间对脱脂质量的影响,确定了最佳的脱脂工艺,得到形貌良好、无缺陷的脱脂样件,最终脱脂率为95.6%;并通过SEM观察和XRD实验证实脱脂效果。烧结温度、升温速率和保温时间对样件烧结成型质量和性能会产生不同程度的影响,通过以上的实验研究,确定了最佳的烧结工艺:以5℃/min的升温速率将坯体从室温加热至880℃,并保温2h,得到形状保持良好、尺寸收缩均匀的样件,其密度为6.954g/cm3,硬度为85.7HV,抗拉强度为115.413MPa,尺寸收缩率约为11%。(4)利用3D打印技术制备多孔铜电极片,将其作为催化剂应用于电催化还原CO2中。对其电化学性能通过恒电位电解方法进行测试,将其电流密度及法拉第效率与电沉积法得到的铜电极片进行比较。根据实验结果得知,电沉积铜片、3D打印铜片和3D打印多孔铜片催化产物的法拉第效率基本相同,但3D打印铜片的电流密度为60.7mA/cm2,是电沉积铜片的6倍左右,3D打印多孔铜片的电流密度为69mA/cm2,是电沉积铜片的7倍左右,这说明3D打印铜片在C02还原催化应用上具有很大的前景。