CN104441667A - 一种塑料磁体的3d打印磁场取向制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种塑料磁体的3D打印磁场取向制备方法。步骤为：1）准备磁性组元和聚合物等原材料；2）建立塑料磁体的计算机三维示意图，切片处理，建立扫描路径；3）设置相应打印参数；4）启动打印设备进行3D打印，同时将磁性颗粒和聚合物注入打印头，加热混合后按照设定轨迹、速度打印；在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化；首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。本发明的优点是：采用3D打印将送料、熔化、混合、打印、磁场取向同时完成，提高了工作效率；3D打印技术为增材制备方法，与传统工艺相比，节省了原材料，避免浪费。
Description
技术领域
本发明涉及一种塑料磁体的3D打印磁场取向制备方法，属于材料制备领域。
背景技术
3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。
3D打印技术可以无需模具实现各种复杂器件的直接制备，随时随地进行器件的制备与复制。因此是未来材料制备，特别是高端材料制备的一个重要发展方向。
磁性材料，是古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代用天然磁铁作为指南针。现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记录软盘等。可以说，磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。
但是磁性材料通常具有较强的脆性，在使用过程中会产生很多不便。于是采用磁性可以与聚合物基体复合的方法发展起来的塑料磁体解决了这方面的困扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种塑料磁体的3D打印磁场取向制备方法。
本发明的具体步骤为：
1）原料准备
将粒径为0.1~10μm的磁性颗粒经预处理后与有机树脂混合放入送料筒；
所述的磁性颗粒为MnZn铁氧体、NiZn铁氧体、Fe、Co、Ni、钡铁氧体、锶铁氧体、铝镍钴、钐钴、钕铁硼；
所述的有机树脂为ABS树脂、聚乳酸、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酯；
2）建模
先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成厚度为20~100μm的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印；
3）设置打印参数
设置打印速度为0.05~0.5m/s，打印分辨率20~100μm，为送粉量为0.02~5mm3/s；
4）3D打印磁场取向
启动打印设备进行3D打印。送料器送料进入打印头，加热打印头至170~300℃使送入的树脂融化并与磁性颗粒混合。打印头将具有流动性的混合物按照设定的轨迹、速度打印出。在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化。首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。
本发明的优点是：
1）采用3D打印将送料、熔化、混合、打印、磁场取向同时完成，提高了工作效率；
2）3D打印技术为增材制备方法，与传统工艺相比，节省了原材料，避免浪费。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述，以便更好地理解本发明的目的、特点和优点。虽然本发明是结合该具体的实施例进行描述，但并不意味着本发明局限于所描述的具体实施例。相反，对可以包括在本发明权利要求中所限定的保护范围内的实施方式进行的替代、改进和等同的实施方式，都属于本发明的保护范围。对于未特别标注的工艺参数，可按常规技术进行。
本发明采用的具体步骤如下：
1）原料准备
将粒径为0.1~10μm的磁性颗粒经预处理后与有机树脂混合放入送料筒；
所述的磁性颗粒为MnZn铁氧体、NiZn铁氧体、Fe、Co、Ni、钡铁氧体、锶铁氧体、铝镍钴、钐钴、钕铁硼；
所述的有机树脂为ABS树脂、聚乳酸、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酯；
2）建模
先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成厚度为20~100μm的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印；
3）设置打印参数
设置打印速度为0.05~0.5m/s，打印分辨率20~100μm，为送粉量为0.02~5mm3/s；
4）3D打印磁场取向
启动打印设备进行3D打印。送料器送料进入打印头，加热打印头至170~300℃使送入的树脂融化并与磁性颗粒混合。打印头将具有流动性的混合物按照设定的轨迹、速度打印出。在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化。首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。
通过本发明可以制备各种形状的塑料磁体，方便快捷。
实施例1：
本发明的步骤为：
1）原料准备
将粒径为0.1μm的MnZn铁氧体颗粒经预处理后与ABS树脂混合放入送料筒；
2）建模
先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成厚度为20μm的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印；
3）设置打印参数
设置打印速度为0.05m/s，打印分辨率20μm，为送粉量为0.02mm3/s；
4）3D打印磁场取向
启动打印设备进行3D打印。送料器送料进入打印头，加热打印头至280℃使送入的ABS树脂融化并与MnZn铁氧体颗粒混合。打印头将具有流动性的混合物按照设定的轨迹、速度打印出。在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化。首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。
实施例2：
本发明的具体步骤为：
1）原料准备
将粒径为0.3μm的NiZn铁氧体颗粒经预处理后与聚乳酸树脂混合放入送料筒；
2）建模
先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成厚度为50μm的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印；
3）设置打印参数
设置打印速度为0.1m/s，打印分辨率50μm，为送粉量为0.25mm3/s；
4）3D打印磁场取向
启动打印设备进行3D打印。送料器送料进入打印头，加热打印头至230℃使送入的聚乳酸树脂融化并与NiZn铁氧体颗粒混合。打印头将具有流动性的混合物按照设定的轨迹、速度打印出。在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化。首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。
实施例3：
本发明的具体步骤为：
1）原料准备
将粒径为0.5μm的Fe粉经预处理后与聚乙烯混合放入送料筒；
2）建模
先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成厚度为100μm的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印；
3）设置打印参数
设置打印速度为0.2m/s，打印分辨率100μm，为送粉量为2mm3/s；
4）3D打印磁场取向
启动打印设备进行3D打印。送料器送料进入打印头，加热打印头至260℃使送入的聚乙烯融化并与Fe粉混合。打印头将具有流动性的混合物按照设定的轨迹、速度打印出。在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化。首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。
实施例4：
本发明的具体步骤为：
1）原料准备
将粒径为1.2μm的Co颗粒经预处理后与聚丙烯混合放入送料筒；
2）建模
先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成厚度为50μm的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印；
3）设置打印参数
设置打印速度为0.3m/s，打印分辨率50μm，为送粉量为0.75mm3/s；
4）3D打印磁场取向
启动打印设备进行3D打印。送料器送料进入打印头，加热打印头至170℃使送入的聚丙烯融化并与Co颗粒混合。打印头将具有流动性的混合物按照设定的轨迹、速度打印出。在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化。首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。
实施例5：
本发明的具体步骤为：
1）原料准备
将粒径为3.6μm的Ni颗粒经预处理后与聚氯乙烯树脂混合放入送料筒；
2）建模
先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成厚度为50μm的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印；
3）设置打印参数
设置打印速度为0.4m/s，打印分辨率50μm，为送粉量为1mm3/s；
4）3D打印磁场取向
启动打印设备进行3D打印。送料器送料进入打印头，加热打印头至200℃使送入的聚氯乙烯树脂融化并与Ni颗粒混合。打印头将具有流动性的混合物按照设定的轨迹、速度打印出。在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化。首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。
实施例6：
本发明的具体步骤为：
1）原料准备
将粒径为5.4μm的钡铁氧体颗粒经预处理后与聚苯乙烯树脂混合放入送料筒；
2）建模
先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成厚度为100μm的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印；
3）设置打印参数
设置打印速度为0.5m/s，打印分辨率100μm，为送粉量为5mm3/s；
4）3D打印磁场取向
启动打印设备进行3D打印。送料器送料进入打印头，加热打印头至240℃使送入的聚苯乙烯融化并与钡铁氧体颗粒混合。打印头将具有流动性的混合物按照设定的轨迹、速度打印出。在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化。首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。
实施例7：
本发明的具体步骤为：
1）原料准备
将粒径为7.8μm的锶铁氧体颗粒经预处理后与聚甲醛树脂混合放入送料筒；
2）建模
先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成厚度为20μm的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印；
3）设置打印参数
设置打印速度为0.5m/s，打印分辨率20μm，为送粉量为0.2mm3/s；
4）3D打印磁场取向
启动打印设备进行3D打印。送料器送料进入打印头，加热打印头至210℃使送入的聚甲醛融化并与锶铁氧体颗粒混合。打印头将具有流动性的混合物按照设定的轨迹、速度打印出。在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化。首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。
实施例8：
本发明的具体步骤为：
1）原料准备
将粒径为10μm的铝镍钴颗粒经预处理后与聚碳酸酯混合放入送料筒；
2）建模
先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成厚度为100μm的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印；
3）设置打印参数
设置打印速度为0.05m/s，打印分辨率100μm，为送粉量为0.5mm3/s；
4）3D打印磁场取向
启动打印设备进行3D打印。送料器送料进入打印头，加热打印头至300℃使送入的聚碳酸酯融化并与铝镍钴颗粒混合。打印头将具有流动性的混合物按照设定的轨迹、速度打印出。在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化。首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。
实施例9：
本发明的具体步骤为：
1）原料准备
将粒径为6.2μm的SmCo5颗粒经预处理后与ABS树脂混合放入送料筒；
2）建模
先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成厚度为50μm的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印；
3）设置打印参数
设置打印速度为0.2m/s，打印分辨率50μm，为送粉量为0.5mm3/s；
4）3D打印磁场取向
启动打印设备进行3D打印。送料器送料进入打印头，加热打印头至280℃使送入的ABS树脂融化并与SmCo5颗粒混合。打印头将具有流动性的混合物按照设定的轨迹、速度打印出。在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化。首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。
实施例10：
本发明的具体步骤为：
1）原料准备
将粒径为3.2μm的钕铁硼颗粒经预处理后与聚乳酸混合放入送料筒；
2）建模
先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成厚度为20μm的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印；
3）设置打印参数
设置打印速度为0.4m/s，打印分辨率20μm，为送粉量为0.16mm3/s；
4）3D打印磁场取向
启动打印设备进行3D打印。送料器送料进入打印头，加热打印头至230℃使送入的聚乳酸融化并与钕铁硼颗粒混合。打印头将具有流动性的混合物按照设定的轨迹、速度打印出。在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化。首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。
Claims (3)
1.一种塑料磁体的3D打印磁场取向制备方法，其特征在于它的步骤为：
1）原料准备
将粒径为0.1~10μm的磁性颗粒经预处理后与有机树脂混合放入送料筒；
2）建模
先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成厚度为20~100μm的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印；
3）设置打印参数
设置打印速度为0.05~0.5m/s，打印分辨率20~100μm，为送粉量为0.02~5mm3/s；
4）3D打印磁场取向
启动打印设备进行3D打印；送料器送料进入打印头，加热打印头至170~300℃使送入的树脂融化并与磁性颗粒混合；打印头将具有流动性的混合物按照设定的轨迹、速度打印出；
在打印过程中，对工作空间施加磁场，使磁性颗粒沿着外磁场方向取向，使磁性能实现最优化；首先逐行打印形成面，再逐层打印形成三维塑料磁体。
2.根据权利要求1所述的一种塑料磁体的3D打印磁场取向制备方法，其特征在于所述的磁性颗粒为MnZn铁氧体、NiZn铁氧体、Fe、Co、Ni、钡铁氧体、锶铁氧体、铝镍钴、钐钴、钕铁硼。
3.根据权利要求1所述的一种塑料磁体的3D打印磁场取向制备方法，其特征在于所述的有机树脂为ABS树脂、聚乳酸、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150325 |