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需求描述

为克服现有金属3D打印存在的不足，实现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，降低生产成本、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。现需解決的主要技术难题：

(1）铜浆料的制备

铜浆料的制备是打印成型关键的一步，金属粉末比例太高或者太低都不利于金属浆料的挤出成型，所以配置合适比例的金属浆料至关重要。先是通过理论计算出金属粉末与PVA浆料的合适配比，再通过实验确定最适合打印的配比。

(2）3D打印机的改进及打印参数优化

根据现有的设备和技术上进行搭建气动式挤出直写3D打印机，再加以改进。铜浆料的成型包括料筒与平台的三维协同运动、铜浆料的输送以及铜浆料经喷嘴的挤出成型，根据以上三点搭建气动式挤出直写金属浆料3D打印机。研究浆料的流量与压力、喷嘴直径的关系曲线，拟合出关系方程，得出浆料流量与三维运动平台移动速度的匹配关系，从而提高打印精度。研究打印层高、打印间距对打印精度的影响，从而确定打印的最佳参数。

(3）脱脂及烧结工艺研究

打印成型之后需要通过脱脂工艺将粘结剂脱除，本课题利用热脱脂方法脱去PVA,先通过PVA热重分析（TG）测试，为脱脂工艺提供理论指导。通过测试脱脂率、收缩率等参数研究脱脂温度、保温时间等对脱脂的影响，从而确定最佳的脱脂工艺。通过XRD、扫描电镜等技术了解脱脂机理。

脱脂工艺完成后，需要继续升温烧结提高坯体的致密度，通过测试烧结样件收缩率、拉伸强度、硬度、密度等参数研究升温速率、烧结温度、保温时间等工艺对烧结质量的影响，从而确定最佳的烧结工艺。

(4）多孔金属样件的应用研究

3D打印制备多孔材料具有优异性,利用气动式挤出直写3D打印机制备具有宏观及微观孔的铜电极结构作为电还原COz还原反应的催化剂。用恒电位电解方法对其电化学性能进行测试，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。