CN105108153A - 一种充磁式磁性材料3d冷打印装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种充磁式磁性材料3D冷打印装置，属于新型先进快速制造装置领域。该装置包括：计算机控制中心、步进电机、驱动装置、储液器、料筒、打印机头、输料管、微型充磁器、冷打印X-Y工作台和加热板，其打印机头包括：料浆喷嘴、固化剂喷嘴、喷网、不锈钢端盖和压力传感器，其微型充磁器由电源控制器和充磁线圈组成。本发明的3D冷打印装置可在磁性合金粉料浆固化过程中按照一定磁场取向喷射在工作台上，形成具有一定强度磁取向一致的坯体，具有成本低廉、安装简单、安全性高、无需压制模具及二次充磁、磁性能高等优点，可打印各种复杂磁性材料零件，具有广阔的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明属于新型先进快速制造装置领域，涉及一种能够直接打印磁性合金粉料浆并且在打印过程中可进行定向充磁的3D冷打印装置。
背景技术
传统的磁性材料成型工艺主要有干压成型和热压铸成型。干压成型常出现坯体强度不够、坯体裂纹、坯体单质量、尺寸易变动和坯体粘模等问题。热压铸成型常出现料浆压不满、坯件毛刺大、坯件有裂纹、坯件有裂纹、坯件有气孔、坯件变形等问题。3D打印(3DPrinting)是以数字模型文件为基础，将粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印使层与层之间相互黏结，构成一个实体模型的新兴的快速成型技术。目前，快速成型技术主要有黏结剂喷射式成形技术(3DP)、熔融沉积式快速成型技术(FDM)、选择性激光熔化成型技术(SLM)、选择性激光烧结成形技术(SLS)和光聚合式成形技术(SLA)。
然而，现有的3D打印技术存在着许多问题：第一，现检索出专利文献191319667861.6提供了一种3D打印快速成型装置，其实质就是一种黏结剂喷射式成形技术，但其中滚轮铺粉过程比较繁琐，会导致打印周期的延长，另外其喷头的出胶量及出胶速度难以精确控制；第二，对于熔融沉积式快速成型技术，其技术大多应用于热塑性高分子塑料，难以应用于熔点较高的金属材料，在其打印过程中，会出现送丝轮滑丝、挤出头组件堵塞、打印物品翘边等问题；对于选择性激光熔化成型技术和选择性激光烧结技术，虽然精度较高，适用材料也比较广泛，但其选用激光作为热源，对应的温控装置需要在很高功率下工作，因此对设备的要求高，工作环境较苛刻。第三，对于光聚合式成形技术，SLA系统要对液体进行操作的精密设备，对工作环境要求苛刻，造价高昂，使用和维护成本过高，成型件多为树脂类，强度，刚度，耐热性有限，不利于长时间保存。第四，对于各种成形技术，目前很少应用于磁性材料3D打印。因此，需要开发一种设备简单、成本低廉、精度高、能耗低的新型磁性合金粉3D打印技术。
3D冷打印是一种不需要热源，直接将含有一定固含量的料浆喷射在工作台上打印出零件的新型技术。其中料浆具有三个基本要求：第一，是一种假塑性流体；第二，较高的固含量；第三，在室温下或者在其他固化剂作用下能够迅速固化。所成形的零件还需要一定的后处理，如干燥、烧结等，从而得到最后的零件。将磁性材料与3D冷打印技术结合起来，用以打印复杂尺寸的磁性零件，必将推动磁性材料行业得快速发展。目前，将3D打印与磁性材料结合的有关报道较少，本发明基于这样的事实提供了一种充磁式磁性材料3D冷打印装置。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种充磁式磁性材料3D冷打印装置，此装置将3D打印技术应用于磁性材料生产工艺，并且在其打印过程中可进行定向充磁。
为了达到上述目的，本发明采用如下述技术方案：一种充磁式磁性材料3D冷打印装置，其特征在于由计算机控制中心、步进电机、驱动装置、储液器、料筒、打印机头、输料管、微型充磁器、冷打印X-Y工作台和加热板组成。所述的计算机控制中心分别控制步进电机、固化剂驱动装置、料浆驱动装置、压力传感器和加热板；所述的步进电机控制冷打印X-Y工作台和打印机头，冷打印X-Y工作台可沿X轴方向和Y轴方向移动，打印机头可沿Z轴方向移动；所述的储液器以及料筒分别与固化剂驱动装置和料浆驱动装置通过输料管连通，之后再通过输料管与打印机头连通，形成物料运输路径；所述的储液器内装固化剂液体；所述的料筒内装磁性合金粉料浆；所述的打印机头由料浆喷嘴、固化剂喷嘴、喷网、不锈钢端盖和压力传感器组成，料浆喷嘴用于完成料浆打印动作，固化剂喷嘴用于完成固化剂喷洒动作；所述的微型充磁器用于在不同磁场条件下对3D打印磁性构件进行边打印边定向充磁的工作过程；
所述的料浆驱动装置为叶片式泵、活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、螺杆泵、压电泵和电润湿泵的其中一种。
所述的固化剂驱动装置为齿轮泵、螺杆泵和蠕动泵的其中一种。
所述的磁性材料料浆由有机溶剂和锶铁氧体粉末、锰锌铁氧体粉、钡铁氧体粉末、镍锌铁氧体粉末、硅钢粉、钕铁硼的快淬粉、HDDR粉或气雾化粉其中一种所组成。
所述的料浆喷嘴直径为10um～1.2mm，固化剂喷嘴直径为0.1～1mm,喷网目数为500～800#，固化剂喷嘴与料浆喷嘴间距在0.4～2mm，且保持在同一水平面，喷网将用于均匀喷洒固化剂。
所述的微型充磁器，可以通过调节输出电流大小，可对3D打印磁性材料构件进行不同程度的定向充磁。
所述压力传感器安装在固化剂喷嘴和料浆喷嘴顶端，用于将检测到的压力可控制使用。
所述的输料管和冷打印X-Y工作台采用聚四氟乙烯材料制造，防止有机溶剂侵蚀。
与现有成型技术相比，本发明具有以下优点：设备简单、安装方便；成本低廉，不需要昂贵的激光光学设备及光敏材料；产品生产周期短，无需切削刀具及模具，可打印各种复杂磁性材料构件；打印过程中可对磁性零件进行边打印边充磁的操作过程，提高磁性材料性能；维护成本低，对工作环境没有特殊要求，可用于工业化生产。
附图说明
附图1为本发明中一种充磁式磁性材料3D冷打印装置结构示意图；
附图2为本发明中打印机头结构示意图；
附图标记说明：1、计算机控制中心；2、步进电机；3、固化剂驱动装置；4、料浆驱动装置；5、储液器；6、料筒；7、输料管；8、打印机头；9、微型充磁器；10、电源控制器；11、冷打印X-Y工作台；12、加热板；13、冷打印成型件；14、不锈钢端盖；15、料浆喷嘴；16、喷网；17、固化剂喷嘴；18、压力传感器；19、充磁线圈。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明的一种充磁式磁性材料3D冷打印装置由计算机控制中心(1)、步进电机(2)、固化剂驱动装置(3)、料浆驱动装置(4)、储液器(5)、料筒(6)、输料管(7)、打印机头(8)、微型充磁器(9)、冷打印X-Y工作台(11)和加热板(12)组成；所述的计算机控制中心(1)，分别控制步进电机(2)、驱动装置(3)、驱动装置(4)、压力传感器(18)和加热板(12)；所述的步进电机(2)控制冷打印X-Y工作台(11)和打印机头(8)，将冷打印X-Y工作台(11)沿X轴方向和Y轴方向移动，将打印机头(8)沿Z轴方向移动；所述的储液器(5)以及料筒(6)分别与固化剂驱动装置(3)和料浆驱动装置(4)通过输料管(7)连通，之后再通过输料管(7)与打印机头(8)连通，形成物料运输路径；所述的储液器(5)内装固化剂液体；所述的料筒(6)内装磁性合金粉料浆；所述的打印机头(8)由料浆喷嘴(15)、固化剂喷嘴(17)、喷网(16)、不锈钢端盖(14)和压力传感器(18)组成，料浆喷嘴(15)用于完成料浆打印动作，固化剂喷嘴(17)用于完成固化剂喷洒动作；所述的微型充磁器(9)用于对3D打印磁性构件在不同磁场条件下进行定向充磁。
所述的固化剂驱动装置(3)为叶片式泵、活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、螺杆泵、压电泵和电润湿泵的其中一种。
所述的料浆驱动装置(4)为齿轮泵、螺杆泵和蠕动泵的其中一种。
所述的磁性材料料浆由有机溶剂和锶铁氧体粉末、锰锌铁氧体粉、钡铁氧体粉末、镍锌铁氧体粉末、硅钢粉、钕铁硼的快淬粉、HDDR粉或气雾化粉其中一种所组成。
所述的料浆喷嘴(15)直径为10um～1.2mm，固化剂喷嘴(17)直径为0.1～1mm,喷网(16)目数为500～800#，固化剂喷嘴(17)与料浆喷嘴(15)间距在0.4～2mm，且保持在同一水平面，喷网将用于均匀喷洒固化剂。
所述的自由旋转式微型充磁器(9)由电源控制器(10)和充磁线圈(19)组成，可以通过电源控制器(10)控制输出电流大小，可以使3D打印磁性材料构件在不同磁场条件下进行定向充磁。
所述压力传感器(18)安装在固化剂喷嘴(17)和料浆喷嘴(15)顶端，用于将检测到的压力可控制使用。
所述的输料管(7)和冷打印X-Y工作台(11)采用聚四氟乙烯材料制造，防止有机溶剂侵蚀。
本发明的工作过程：首先在计算机控制中心(1)中将待打印模型分层生成二维截面，打印系统收到计算机控制中心(1)输出命令，电源控制器(10)输出电流，充磁线圈(19)存在一定方向的磁场。固化剂驱动装置(3)和料浆驱动装置(4)按照计算机控制中心(1)输出命令，通过输料管(7)从储液器(5)和料筒(6)向料浆喷嘴(15)及固化剂喷嘴(17)，运输物料。打印机头(8)通过所述的喷嘴喷射所述的料浆和固化剂，冷打印X-Y工作台(11)在控制系统下作水平横向和横向移动，使打印机按照所生成的二维截面进行边打印边充磁的工作过程。该层打印完之后，打印机头(8)在计算机控制系统下，上升一个分层高度，之后再按照前面所述的打印过程进行此层的二维截面。如此循环，最后完成整个磁性材料3D冷打印成型过程。
Claims (8)
1.一种充磁式磁性材料3D冷打印装置，其特征在于由计算机控制中心(1)、步进电机(2)、固化剂驱动装置(3)、料浆驱动装置(4)、储液器(5)、料筒(6)、输料管(7)、打印机头(8)、微型充磁器(9)、冷打印X-Y工作台(11)和加热板(12)组成；所述的计算机控制中心(1)，分别控制步进电机(2)、固化剂驱动装置(3)、料浆驱动装置(4)、压力传感器(18)和加热板(12)；所述的步进电机(2)控制冷打印X-Y工作台(11)和打印机头(8)，将冷打印X-Y工作台(11)沿X轴方向和Y轴方向移动，将打印机头(8)沿Z轴方向移动；所述的储液器(5)以及料筒(6)分别与固化剂驱动装置(3)和料浆驱动装置(4)通过输料管(7)连通，之后再通过输料管(7)与打印机头(8)连通，形成物料运输路径；所述的储液器(5)内装固化剂液体；所述的料筒(6)内装磁性合金粉料浆；所述的打印机头(8)由料浆喷嘴(15)、固化剂喷嘴(17)、喷网(16)、不锈钢端盖(14)和压力传感器(18)组成，料浆喷嘴(15)用于完成料浆打印动作，固化剂喷嘴(17)用于完成固化剂喷洒动作；所述的微型充磁器(9)用于对3D打印磁性构件在不同磁场条件下进行定向充磁。
2.如权利要求1所述的一种充磁式磁性材料3D冷打印装置，其特征在于：所述的固化剂驱动装置(3)为叶片式泵、活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、螺杆泵、压电泵和电润湿泵的其中一种。
3.如权利要求1所述的一种充磁式磁性材料3D冷打印装置，其特征在于：所述的料浆驱动装置(4)为齿轮泵、螺杆泵和蠕动泵的其中一种。
4.如权利要求1所述的一种充磁式磁性材料3D冷打印装置，其特征在于：所述的磁性材料料浆由有机溶剂和锶铁氧体粉末、锰锌铁氧体粉、钡铁氧体粉末、镍锌铁氧体粉末、硅钢粉、钕铁硼的快淬粉、HDDR粉或气雾化粉其中一种所组成。
5.如权利要求1所述的一种充磁式磁性材料3D冷打印装置，其特征在于：所述的料浆喷嘴(15)直径为10um～1.2mm，固化剂喷嘴(17)直径为0.1～1mm,喷网(16)目数为500～800#，固化剂喷嘴(17)与料浆喷嘴(15)间距在0.4～2mm，且保持在同一水平面，喷网将用于均匀喷洒固化剂。
6.如权利要求1所述的一种充磁式磁性材料3D冷打印装置，其特征在于：所述的微型充磁器(9)由电源控制器(10)和充磁线圈(19)组成，可以调节电源控制器输出电流大小，可对3D打印磁性材料进行不同程度的充磁，进而可以达到边打印边充磁的效果。
7.如权利要求1所述的一种充磁式磁性材料3D冷打印装置，其特征在于：所述压力传感器(18)安装在固化剂喷嘴(17)和料浆喷嘴(15)顶端，用于将检测各个喷嘴流体的压力。
8.如权利要求1所述的一种充磁式磁性材料3D冷打印装置，其特征在于：所述的输料管(7)和冷打印X-Y工作台(11)采用聚四氟乙烯材料制造，防止有机溶剂侵蚀。
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