CN104425123A - 一种稀土永磁器件激光选区烧结成型装置及其成型方法 - Google Patents

Abstract

一种稀土永磁器件激光选区烧结成型装置及其成型方法，涉及稀土永磁材料成型加工领域。其特征在于：包括工作台面（1），在工作台面（1）上部设有可滚动的铺粉辊（2），工作台面（1）下部设有粉末缸（3）和成型缸（6），粉末缸（3）中盛装磁粉，粉末缸（3）和成型缸（6）下部均设有可控制各自底板升降的直线升降电机（4），成型缸（6）上部支撑安装有激光器（5），成型缸（6）周围布满螺线管磁场（7），利用该装置的成型方法，包括建立CAD几何模型，并进行分层离散等6个步骤。该永磁器件激光选区烧结成型装置及其成型方法能够直接制造出具有较高尺寸精度和表面光洁度的稀土永磁器件，磁性能性能良好。

Description

一种稀土永磁器件激光选区烧结成型装置及其成型方法

技术领域

一种稀土永磁器件激光选区烧结成型装置及其成型方法，涉及稀土永磁材料成型加工领域，特别涉及一种稀土永磁器件烧结成型装置以及利用该成型装置的成型方法。

背景技术

稀土永磁体具有优异的磁性能，广泛应用于电子、电力机械、医疗器械、玩具、包装、五金机械、航天航空等领域，较常见的有永磁电机、扬声器、磁选机、计算机磁盘驱动器、磁共振成像设备仪表等。

稀土永磁体按照制造方法分为烧结磁体和粘结磁体，烧结磁体因磁性能高应用广泛，但是加工性能较差，不能一次成型，需要多次加工。粘结稀土永磁材料的生产及应用开发较晚，应用面不广，用量较小，与烧结磁比较，它可一次成形，无需二次加工、可以做成各种形状复杂的磁体，这也是烧结磁体所无法相比的，应用它可大大减少电机的体积及重量，但是磁性能较低，限制了粘结磁体使用范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够直接制造出具有较高尺寸精度和表面光洁度的稀土永磁器件的激光选区烧结快速成型装置以及利用该装置进行的成型方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种稀土永磁器件激光选区烧结成型装置，其特征在于：包括工作台面，在工作台面上部设有可滚动的铺粉辊，工作台面下部设有粉末缸和成型缸，粉末缸中盛装磁粉，粉末缸和成型缸下部均设有可控制各自底板升降的直线升降电机，成型缸上部支撑安装有激光器，成型缸周围布满螺线管磁场。粉末缸和成型缸并排设置，铺粉辊位于粉末缸一侧，可以将粉末缸上层的磁粉吸附在表面并平铺至成型缸内。

优选的，所述的激光器为二氧化碳或光纤激光器。通过激光器扫描磁粉，可以在激光与磁粉粉末交互作用面上获得聚焦光斑，将磁粉熔化烧结。

所述的成型缸的底板在初始状态与工作台面平齐。成型过程中，粉末缸内磁粉逐渐减少，粉末缸底板逐步上升；成型缸内稀土永磁器件逐层成型，成型缸底板逐步下降。

利用一种稀土永磁器件激光选区烧结成型装置的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：

1、根据永磁器件形状，建立CAD几何模型，并进行分层离散；

2、启动铺粉辊，使其滚动，将粉末缸上层磁粉均匀厚度铺至成型缸底板上，厚度为10微米~100微米；

3、通过螺线管磁场对成型缸内区域施加一个脉冲磁场，磁场强度为1.0~2.0T，对成型缸内的磁粉进行取向；

4、采用激光器扫描磁粉，在激光与磁粉粉末交互作用面上获得聚焦光斑，将磁粉熔化烧结；

5、铺粉辊返回，直线升降电机带动粉末缸上升，另一直线升降电机带动成型缸下降，准备进入下一循环工作；

6、通过分层离散，重复上述5个步骤，使磁粉逐层熔化，堆积成一个实体，获得成型烧结磁体器件。

所述的磁粉为钕铁硼磁合金粉末或者钐钴合金粉末，磁粉粒径尺寸为1~100μm。

所述的粉末缸和成型缸处均设有惰性气体保护。惰性气体保护可以保证活性元素不产生氧化。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、利用通过激光器扫描磁粉，可以在激光与磁粉粉末交互作用面上获得聚焦光斑，采用聚焦光斑把磁粉逐层熔化烧结，堆积成一个冶金结合，获得成型烧结磁体器件，该方法不用模具、一次快速成型，不用二次后加工即可生产稀土永磁器件，可节约30%以上的材料。

    2、器件磁性能性能良好，本发明采用逐层熔化烧结堆积的方法，可以得到组织致密的实体，实体密度接近100%，可以防止裂纹和气孔的发生，具有比传统粉末冶金工艺获得的同成分材料较高的磁学性能。

    3、金属零件尺寸精度和表面光洁度高，可直接制造高致密且具有较高制造精度的金属零件，仅需简单喷砂或抛光后即可投入直接使用，相对密度最高可达99.9%，尺寸精度为±0.1mm/100mm。

4、适用范围广，本发明可以直接制造各种稀土永磁体的三维实体构件，完成各种复杂形状零件的快速成型等。

附图说明

图1是该稀土永磁器件激光选区烧结成型装置结构示意图。

图2是该稀土永磁器件激光选区烧结成型装置工作状态示意图。

其中：1、工作台面  2、铺粉辊  3、粉末缸  4、直线升降电机  5、激光器  6、成型缸  7、螺线管磁场  8、成型件。

具体实施方式

图1是该稀土永磁器件激光选区烧结成型装置的最佳实施例，下面结合附图1-2对本发明做进一步说明。

参照附图1：一种稀土永磁器件激光选区烧结成型装置，包括工作台面1、铺粉辊2、粉末缸3、成型缸6和激光器5。在工作台面1上部设有可滚动的铺粉辊2，工作台面1下部设有粉末缸3和成型缸6，粉末缸3中盛装磁粉，粉末缸3和成型缸6下部均设有可控制各自底板升降的直线升降电机4，成型缸6的底板在初始状态与工作台面1平齐。成型缸6上部支撑安装有激光器5，成型缸6周围布满螺线管磁场7。

粉末缸3和成型缸6处均设有惰性气体保护，激光器5采用二氧化碳或光纤激光器。

整套装置通过PLC编程控制器进行程序控制，实现自动化工作。

利用一种稀土永磁器件激光选区烧结成型装置的成型方法，包括以下步骤：

1、根据永磁器件形状，建立CAD几何模型，并进行分层离散；

2、启动铺粉辊2，使其滚动，将粉末缸3上层磁粉均匀厚度铺至成型缸6底板上，厚度为10微米~100微米；

3、通过螺线管磁场7对成型缸6内区域施加一个脉冲磁场，磁场强度为1.0~2.0T，对成型缸6内的磁粉进行取向；

4、采用激光器5扫描磁粉，在激光与磁粉粉末交互作用面上获得聚焦光斑，将磁粉熔化烧结；

5、铺粉辊2返回，直线升降电机4带动粉末缸3上升，另一直线升降电机4带动成型缸6下降，准备进入下一循环工作

6、通过分层离散，重复上述5个步骤，使磁粉逐层熔化，堆积成一个实体，获得成型烧结磁体器件。

磁粉为钕铁硼磁合金粉末或者钐钴合金粉末，磁粉粒径尺寸为1~100μm。

参照附图2：该稀土永磁器件激光选区烧结成型装置工作结束后，粉末缸3内的磁粉消耗完毕，粉末缸3底板上升至上方；成型缸6的底板下降至下部，成型件8在成型缸6内逐层堆积形成。

工作原理如下：平铺后的磁粉经螺线管磁场7取向，激光束在计算机的控制下，根据截面轮廓的信息，对磁粉进行扫描，使磁粉的温度升至熔点以上，被扫描到的磁粉熔化后又降到熔点以下，相互粘结得到一个烧结面，非扫描区的磁粉仍呈松散状，作为工件和下一层磁粉的支撑。一层成形完成后，进行下一层的铺料和成形，如此循环，最终形成三维工件。

在螺线管磁场7取向后，通过高质量、高功率密度激光的聚焦光斑把磁粉逐层熔化，堆积成一个冶金结合、组织致密的实体，实体密度达到接近100%。在磁粉成型件分层熔化过程中，为了保证活性元素不产生氧化，还需要进行局部气体保护。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种稀土永磁器件激光选区烧结成型装置，其特征在于：包括工作台面（1），在工作台面（1）上部设有可滚动的铺粉辊（2），工作台面（1）下部设有粉末缸（3）和成型缸（6），粉末缸（3）中盛装磁粉，粉末缸（3）和成型缸（6）下部均设有可控制各自底板升降的直线升降电机（4），成型缸（6）上部支撑安装有激光器（5），成型缸（6）周围布满螺线管磁场（7）。

2.根据权利要求1所述的一种稀土永磁器件激光选区烧结成型装置，其特征在于：所述的激光器（5）为二氧化碳或光纤激光器。

3.根据权利要求1所述的一种稀土永磁器件激光选区烧结成型装置，其特征在于：所述的成型缸（6）的底板在初始状态与工作台面（1）平齐。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述的稀土永磁器件激光选区烧结成型装置的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：

4.1、根据永磁器件形状，建立CAD几何模型，并进行分层离散；

4.2、启动铺粉辊（2），使其滚动，将粉末缸（3）上层磁粉均匀厚度铺至成型缸（6）底板上，厚度为10微米~100微米；

4.3、通过螺线管磁场（7）对成型缸（6）内区域施加一个脉冲磁场，磁场强度为1.0~2.0T，对成型缸（6）内的磁粉进行取向；

4.4、采用激光器（5）扫描磁粉，在激光与磁粉粉末交互作用面上获得聚焦光斑，将磁粉熔化烧结；

4.5、铺粉辊（2）返回，直线升降电机（4）带动粉末缸（3）上升，另一直线升降电机（4）带动成型缸（6）下降，准备进入下一循环工作；

4.6、通过分层离散，重复上述5个步骤，使磁粉逐层熔化，堆积成一个实体，获得成型烧结磁体器件。

5.根据权利要求4所述的成型方法，其特征在于：所述的磁粉为钕铁硼磁合金粉末或者钐钴合金粉末，磁粉粒径尺寸为1~100μm。

6.根据权利要求4所述的成型方法，其特征在于：所述的粉末缸（3）和成型缸（6）处均设有惰性气体保护。