CN104384510A

CN104384510A - 各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法

Info

Publication number: CN104384510A
Application number: CN201410638285.1A
Authority: CN
Inventors: 周朝辉; 胡盛青
Original assignee: Hunan Aerospace Magnet and Magneto Co Ltd
Current assignee: Aerospace Science and Industry Changsha New Materials Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: CN104384510B

Abstract

各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法，包括以下步骤：将偶联剂溶于有机溶剂中，搅拌均匀；往有机溶剂中加入磁体粉末，不断搅拌，至有机溶剂挥发完全，使偶联剂包裹在磁体粉末表面；将磁体粉末装入三维打印设备的送粉缸中；将粘结剂完全溶于有机溶剂中，将有机溶剂倒入粘结剂液体盒中；开启三维打印设备，将三维数字模型输入到三维打印设备的控制器中；设定三维打印参数，完成永磁体的成型制造，形成成型毛坯；取出成型毛坯，进行包套处理后，再进行冷等静压处理；将毛坯放入烘箱中，加热固化，最终得到各向同性粘结永磁体产品。本发明制造周期短、成本低，能制造粘结剂为热固性粘结剂的各向同性粘结永磁体，制得的产品磁粉含量较高。

Description

各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法

技术领域

本发明涉及一种各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法。

背景技术

粘结永磁体是一种复合永磁体，通过将具有一定永磁性能的永磁材料粉末与粘结剂和其他添加剂按一定比例均匀混合，然后用压制、挤出或注射成型等方法制成。粘结永磁体又分为各向同性磁体和各向异性磁体。各向异性磁体需要在成型过程中对磁粉施加取向磁场，使磁粉的易磁化方向一致，从而使磁体在取向方向具有优良的磁性能。各向同性磁体则不需要在成型过程中施加磁场。粘结永磁体具有尺寸精度高、形态自由度大、机械强度高等优点，已广泛应用于计算机、汽车、电子等领域。

目前粘结永磁体通常采用模压成型和注射成型二种方法来制造。中国专利CN101651037A公开了一种纳米晶NdFeB高致密磁体的制备方法，磁体通过模压成型制得。中国专利CN1808648B公开了一种稀土粘结磁体的制备方法，磁体通过注射成型制得。这二种方法都需要设计和制造模具，不但延长了产品的开发周期，而且提高了产品的成本。随着社会的发展，粘结永磁体产品的更新换代周期越来越短，同种产品的需求数量也在不断减少，模压成型和注射成型这二种方法已经不能满足粘结永磁体新产品的制造需求。

三维打印（3DP：Three-Dimension Printing）制造技术是一种由产品三维数字模型数据直接驱动喷射头向平铺好的粉末成型材料喷射液体粘结剂，使粉末逐层打印并重叠粘结成三维实体的制造技术。与传统制造技术相比，三维打印制造技术无需成型模具，可根据输入的三维模型制造出任意形状产品，从而缩短产品的制造周期，并降低成本。中国专利CN103854844A公开了一种利用3D打印技术制备复杂形状粘结磁体的方法，但该方法只能制造粘结剂为尼龙6、尼龙12等加热可熔化的热塑性粘结剂磁体，而对于采用热固性粘结剂（如：环氧树脂）的粘结磁体则不适用。同时，该方法制造的粘结磁体磁粉含量比较低，质量百分比为70%～90%。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种制造周期短、成本低的各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法，利用该方法制得的各向同性粘结永磁体的磁粉含量较高。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法，包括以下步骤：

（1）将偶联剂溶于有机溶剂中，搅拌均匀；

（2）往溶有偶联剂的有机溶剂中加入磁体粉末，不断搅拌，至有机溶剂挥发完全，使偶联剂包裹在磁体粉末表面；

（3）将包裹有偶联剂的磁体粉末装入三维打印设备的送粉缸中；

（4）将粘结剂完全溶于有机溶剂中，将溶有粘结剂的有机溶剂倒入三维打印设备的粘结剂液体盒中；

（5）开启三维打印设备，将各向同性粘结永磁体产品的三维数字模型输入到三维打印设备的控制器中；

（6）设定三维打印参数，按照输入的三维数字模型完成各向同性粘结永磁体的成型制造，形成成型毛坯；

（7）从三维打印设备中取出成型毛坯，进行包套处理后，再进行冷等静压处理；

（8）将冷等静压处理后的毛坯放入烘箱中，加热固化，最终得到各向同性粘结永磁体产品。

进一步，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。

进一步，步骤（1）和步骤（4）中，所述有机溶剂为丙酮。

进一步，步骤（2）中，所述磁体粉末为钕铁硼粉末、钕铁氮粉末、钐钴磁粉末、钐铁氮磁粉末中的任意一种。

进一步，步骤（2）中，所述磁体粉末粒径分布范围<0.10mm。

进一步，步骤（3）中，所述三维打印设备采用基于3DP工艺的三维打印设备。

进一步，步骤（4）中，所述粘结剂为环氧树脂。

进一步，步骤（4）中，所述粘结剂与有机溶剂的质量比为0.02～1﹕1。

进一步，步骤（6）中，所述各向同性粘结永磁体的成型制造过程如下：三维打印设备的铺粉装置将送粉缸中的磁体粉末平铺在成形缸表面，溶有粘结剂的有机溶剂通过打印头，按照三维数字模型喷射到成形缸表面，并渗透入磁体粉末中；有机溶剂迅速挥发，粘结剂在磁体粉末间隙处重新析出，并将磁体粉末相互粘结起来。

进一步，步骤（7）中，所述冷等静压的压力为100MPa～200MPa，保压时间为1min～10min。

进一步，步骤（8）中，所述加热固化的温度为120℃～200℃，加热时间为30min～120min。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

（1）本发明无需设计和制造模具，能快速制造粘结磁体，制造周期短，成本低；

（2）本发明能制造粘结剂为热固性粘结剂的各向同性粘结永磁体；

（3）本发明制造的各向同性粘结永磁体的磁粉含量较高，磁粉质量百分比为95.5%～98.5%。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

（1）将6g钛酸酯偶联剂溶于1500g丙酮中，搅拌均匀；

（2）往溶有钛酸酯偶联剂的丙酮溶剂中加入3000g通过160目筛的粒径分布范围<0.10mm的钕铁硼粉末，不断搅拌，至丙酮挥发完全，使钛酸酯偶联剂包裹在钕铁硼粉末表面；

（3）将包裹有钛酸酯偶联剂的钕铁硼粉末装入三维打印设备的送粉缸中；所述三维打印设备采用基于3DP工艺的三维打印设备；

（4）将350g环氧树脂完全溶于800g丙酮中，将溶有环氧树脂的丙酮倒入三维打印设备的粘结剂液体盒中；

（5）开启三维打印设备，将各向同性粘结永磁体产品的三维数字模型输入到三维打印设备的控制器中；所述三维数字模型的数据格式为STL格式；

（6）设定三维打印参数单层层厚为0.1mm，按照输入的三维数字模型完成各向同性粘结永磁体的成型制造，形成成型毛坯；具体过程如下：三维打印设备的铺粉装置将送粉缸中的钕铁硼粉末平铺在成形缸表面，溶有环氧树脂的丙酮通过打印头，按照三维数字模型喷射到成形缸表面，并渗透入钕铁硼粉末中；丙酮迅速挥发，环氧树脂在钕铁硼粉末间隙处重新析出，并将钕铁硼粉末相互粘结起来；

（7）从三维打印设备中取出成型毛坯，进行包套处理后，再进行冷等静压处理，设定冷等静压的压力为120MPa，保压时间为5min；

（8）将冷等静压处理后的毛坯放入烘箱中，加热固化，加热温度为170℃，加热时间为80min，最终得到各向同性粘结永磁体产品。

经试验数据证明，本实施例的单个各向同性粘结永磁体产品的生产周期为1天，而采用模压成形或注射成形方法，仅仅模具设计及制造周期就需要5~10天，故单个各向同性粘结永磁体产品生产周期大于5天。生产成本方面，本实施无需使用模具，可节省大约5000元的模具制造费。

本实施例制得的各向同性粘结永磁体产品，磁粉质量百分比为98.5%，产品剩磁Br为0.72T，矫顽力Hcb为503.6kA/m，最大磁能积（BH）max为90.1kJ/m³，满足产品使用要求。

实施例2

（1）将30g硅烷偶联剂溶于1500g丙酮中，搅拌均匀；

（2）往溶有硅烷偶联剂的丙酮溶剂中加入3000g通过160目筛的粒径分布范围<0.10mm的钐钴磁粉末，不断搅拌，至丙酮挥发完全，使硅烷偶联剂包裹在钐钴磁粉末表面；

（3）将包裹有硅烷偶联剂的钐钴磁粉末装入三维打印设备的送粉缸中；所述三维打印设备采用基于3DP工艺的三维打印设备；

（4）将400g环氧树脂完全溶于1000g丙酮中，将溶有环氧树脂的丙酮倒入三维打印设备的粘结剂液体盒中；

（6）设定三维打印参数单层层厚为0.15mm，按照输入的三维数字模型完成各向同性粘结永磁体的成型制造，形成成型毛坯；具体过程如下：三维打印设备的铺粉装置将送粉缸中的钐钴磁粉末平铺在成形缸表面，溶有环氧树脂的丙酮通过打印头，按照三维数字模型喷射到成形缸表面，并渗透入钐钴磁粉末中；丙酮迅速挥发，环氧树脂在钐钴磁粉末间隙处重新析出，并将钐钴磁粉末相互粘结起来；

（7）从三维打印设备中取出成型毛坯，进行包套处理后，再进行冷等静压处理，设定冷等静压的压力为100MPa，保压时间为5min；

（8）将冷等静压处理后的毛坯放入烘箱中，加热固化，加热温度为180℃，加热时间为60min，最终得到各向同性粘结永磁体产品。

本实施例制得的各向同性粘结永磁体产品，磁粉质量百分比为95.5%，产品剩磁Br为0.613T，矫顽力Hcb为374.7kA/m，最大磁能积（BH）max为59.2kJ/m³，满足产品使用要求。

在实际应用中，三维打印设备可选用美国Z Corporation公司的Z310、Z400、Z406等系列三维打印设备。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，如磁体粉末还可采用钕铁氮粉末或钐铁氮磁粉末，粘结剂还可以为其他类型的热固性粘结剂，如：酚醛树脂、丙烯酸酯等，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将偶联剂溶于有机溶剂中，搅拌均匀；

2.如权利要求1所述的各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法，其特征在于：步骤（1）和步骤（4）中，所述有机溶剂为丙酮。

3.如权利要求1所述的各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法，其特征在于：步骤（2）中，所述磁体粉末为钕铁硼粉末、钕铁氮粉末、钐钴磁粉末、钐铁氮磁粉末中的任意一种。

4.如权利要求1所述的各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法，其特征在于：步骤（2）中，所述磁体粉末粒径分布范围<0.10mm。

5.如权利要求1所述的各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法，其特征在于：步骤（3）中，所述三维打印设备采用基于3DP工艺的三维打印设备。

6.如权利要求1所述的各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法，其特征在于：步骤（4）中，所述粘结剂为环氧树脂。

7.如权利要求1所述的各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法，其特征在于：步骤（4）中，所述粘结剂与有机溶剂的质量比为0.02～1﹕1。

8.如权利要求1所述的各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法，其特征在于：步骤（6）中，所述各向同性粘结永磁体的成型制造过程如下：三维打印设备的铺粉装置将送粉缸中的磁体粉末平铺在成形缸表面，溶有粘结剂的有机溶剂通过打印头，按照三维数字模型喷射到成形缸表面，并渗透入磁体粉末中；有机溶剂迅速挥发，粘结剂在磁体粉末间隙处重新析出，并将磁体粉末相互粘结起来。

9.如权利要求1所述的各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法，其特征在于：步骤（7）中，所述冷等静压的压力为100MPa～200MPa，保压时间为1min～10min。

10.如权利要求1至9之一所述的各向同性粘结永磁体的三维打印制造方法，其特征在于：步骤（8）中，所述加热固化的温度为120℃～200℃，加热时间为30min～120min。