CN106142578B - 磁控烧结成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁控烧结成型装置及方法，装置包括用于承载粉末的槽体结构、与粉末接触并对粉末进行烧结的磁性球体，所述槽体结构外设置有对磁性球体进行加热的电磁加热器，所述槽体结构外安装有用于控制磁性球体移动的电磁铁；另外本发明还提供相应的磁控烧结成型方法；本发明成形设备简单，成本低，整个烧结成型过程对环境无污染，能够实现快速成型的目的。

Description

磁控烧结成型装置及方法

技术领域

本发明涉及快速成型技术领域，具体地指一种磁控烧结成型装置及方法。

背景技术

目前快速成型工艺主要有以下几种： 1）光固化工艺：采用激光不断照射光固化液体树脂使之固化的方法成形；2）分层实体制造工艺：它采用激光切割箔材，箔材之间靠热熔胶在热压辊的压力和传热作用下熔化并实现粘结，一层层叠加制造原型；3）选择性激光烧结工艺：采用激光逐点烧结粉末材料，使包裹于粉末材料外的固体粘结剂或粉末材料本身熔融实现材料的粘结；4）三维印刷工艺：采用逐点喷射粘结剂来粘结粉末材料的方法制造原型，该工艺可以制造彩色模型，在概念型应用方面很有竞争力；5）无模铸型制造工艺：采用逐点喷射粘结剂和催化剂即两次同路径扫描的方向制造原型；6）生物材料挤出成形工艺：采用喷头挤压生物活性材料，使其连续挤出喷嘴来制造细胞生长的支持框架。这些技术虽然都已经成熟，但是各自都存在一些问题，例如，光固化工艺存在价格昂贵、需要支撑、树脂收缩导致精度下降，光固化树脂有一定的毒性的问题；分层实体制造工艺的材料性能较差、和非激光技术比成本高、精度低于光固化工艺、设备复杂；三维印刷工艺的缺点是成形件的强度较低，只能做概念型使用，而不能做功能性实验。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种结构简单、对环境无污染的磁控烧结成型装置及方法，实现快速成型的目的。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种磁控烧结成型装置，它包括用于承载粉末的槽体结构、与粉末接触并对粉末进行烧结的磁性球体，所述槽体结构外设置有对磁性球体进行加热的电磁加热器，所述槽体结构外安装有用于控制磁性球体移动的电磁铁。

进一步地，所述槽体结构开口位置还设有用于向槽体结构中添加粉末的填料装置。

进一步地，所述槽体结构为正方体结构，其顶面不封闭。

更进一步地，所述电磁铁的数量为6个，其安装位置分别位于槽体结构的正方体六个面。

进一步地，所述电磁铁包括铁芯和缠绕在铁芯表面的通电线圈，所述通电线圈与电源控制系统相连。

进一步地，所述槽体结构内还安装有对粉末进行平整操作的平整辊。

进一步地，所述粉末为蜡或ABS或尼龙树脂裹覆砂或聚碳酸酯或陶瓷材料。

进一步地，所述槽体结构内还安装有用于对粉末定型的模具。

进一步地，所述磁性球体为磁铁球。

另外本发明还提供利用上述磁控烧结成型装置进行烧结成型的方法，它包括以下步骤：

步骤1）：在槽体结构内铺设粉末，开启电磁加热器对磁性球体加热，使得磁性球体的温度高于粉末的熔点；

步骤2）：电磁铁控制磁性球体在槽体结构内的粉末中不断移动，使得粉末熔化并粘结在一起成型；

步骤3）：不断熔化的粉末和下层已成型的部分粘结，逐步堆积，直到形成完整的成型零件；

步骤4）：烧结完成后，电磁铁控制磁性球体远离烧结的零件。

在上述技术方案中，由于考虑到熔化后粉末体积会减少形成空隙，而平整辊的作用是把粉末材料压进这些空隙，同时也可以对添加的粉末进行平整操作；

大部分无机材料，例如蜡、ABS、尼龙树脂裹覆砂、聚碳酸酯、陶瓷材料，它们对磁场没有感应，均可作为本发明装置中的烧结材料；

电磁铁包括铁芯和缠绕在铁芯表面的通电线圈，通过这种设计可在铁芯的中间位置产生近似均匀的磁场，这样每一对电磁铁之间也可以形成均匀的磁场，从而更有利于准确的控制磁性球体的移动。另外所述通电线圈与电源控制系统相连，这是由于根据预设的成型形状，需要控制磁性球体沿着特定的轨迹移动，这就需要不断改变磁场的强度和方向，因此可通过电源控制系统来精密控制通电线圈中电流的大小和方向；

另外，槽体结构内还安装有用于对粉末定型的模具，这样也可以先将粉末添加到槽体结构内的模具当中，然后磁性球体再对模具内的粉末烧结成型，这样更加简单、易操作。

本发明有益效果如下：

1、选材较为广泛，只要不影响磁场分布，不影响电磁加热的材料都可以作为原材料；

2、槽体结构中未被烧结部分将会成为烧结部分的支撑结构，因而无需考虑支撑系统；

3、精度可以通过球体的大小来调节，球体越小精度越高，另外球体越大精度越低，但加工周期会缩短；

4、成形设备简单，成本低；

5、整个烧结成型过程对环境无污染。

附图说明

图1 为一种磁控烧结成型装置的结构示意图；

图中，粉末1、槽体结构2、磁性球体3、电磁加热器4、电磁铁5、铁芯5a、通电线圈5b、填料装置6、平整辊7、模具8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示的磁控烧结成型装置，它包括用于承载粉末1的槽体结构2、与粉末1接触并对粉末1进行烧结的磁性球体3，所述槽体结构2外设置有对磁性球体3进行加热的电磁加热器4，所述槽体结构2外安装有用于控制磁性球体3移动的电磁铁5；所述槽体结构2开口位置还设有用于向槽体结构2中添加粉末1的填料装置6；所述磁性球体3为磁铁球；

所述槽体结构2为正方体结构，其顶面不封闭；所述电磁铁5的数量为6个，其安装位置分别位于槽体结构2的正方体六个面；电磁铁5两两相对，安装时相对的两个电磁铁5其中一个对应N极，另一个对应S极；所述电磁铁5包括铁芯5a和缠绕在铁芯5a表面的通电线圈5b，所述通电线圈5b与电源控制系统相连；这样电磁铁5可两两形成一对，每两个电磁铁5之间可以形成均匀分布的电磁场，这样更加有利于精确控制磁性球体3的移动，同时磁性球体3可以实现上下、前后、左右移动，即实现在整个槽体结构2内空间的移动；

所述槽体结构2内还安装有对粉末1进行平整操作的平整辊7；考虑到熔化后粉末1体积会减少形成空隙，而平整辊7的作用是把粉末1材料压进这些空隙，同时也可以对添加的粉末1进行平整操作；

所述粉末1为蜡或ABS或尼龙树脂裹覆砂或聚碳酸酯或陶瓷材料；

所述槽体结构2内还安装有用于对粉末1定型的模具8；如图1所示，在本实施例中可选择呈圆弧面结构的凹槽形模具8，这样可以先将粉末1添加到模具8中，磁性球体3在模具8内来回移动，即可将粉末1烧结成对应的凹槽形状；也可选择制造异形构件的模具8，比如最简单的十字型，则只需要控制磁性球体3沿着两个方向移动即可实现，更加简单、易操作。

另外，本实施例的磁控烧结成型装置进行烧结成型的方法，包括以下步骤：

步骤1）：通过填料装置6，在槽体结构2内的模具8中添加粉末1，开启电磁加热器4对磁性球体3加热，使得磁性球体3的温度高于粉末1的熔点；现实操作中考虑到电磁加热器4可能对电磁铁5形成的磁场有干扰，可采取间歇加热的方式，即加热一段时间后，停止加热，然后在停止加热的这段时间内再通过电磁铁5控制磁性球体3移动即可；

步骤2）：电磁铁5控制磁性球体3在模具8内的粉末1中不断移动，使得粉末1熔化并粘结在一起成型，同时平整辊7可对表面的粉末1进行平整操作；

步骤3）：不断熔化的粉末1和下层已成型的部分粘结，逐步堆积，直到形成完整的成型零件；

步骤4）：烧结完成后，电磁铁5控制磁性球体3远离烧结的零件。

另外，上述步骤中，待零件冷却后可取出对零件进行后处理，清理掉开始位置和结束位置的多余烧结部分即可。对零件进行后处理的方法为机械加工打磨或热等静压处理或激光束处理或高温扩散处理。

Claims (8)

1.一种磁控烧结成型装置，其特征在于：它包括用于承载粉末（1）的槽体结构（2）、与粉末（1）接触并对粉末（1）进行烧结的磁性球体（3），所述槽体结构（2）外设置有对磁性球体（3）进行加热的电磁加热器（4），所述槽体结构（2）外安装有用于控制磁性球体（3）移动的电磁铁（5）；

所述槽体结构（2）开口位置还设有用于向槽体结构（2）中添加粉末（1）的填料装置（6）；

所述槽体结构（2）内还安装有用于对粉末（1）定型的模具（8）。

2.根据权利要求1所述的磁控烧结成型装置，其特征在于：所述槽体结构（2）为正方体结构，其顶面不封闭。

3.根据权利要求2所述的磁控烧结成型装置，其特征在于：所述电磁铁（5）的数量为6个，其安装位置分别位于槽体结构（2）的正方体六个面。

4.根据权利要求3所述的磁控烧结成型装置，其特征在于：所述电磁铁（5）包括铁芯（5a）和缠绕在铁芯（5a）表面的通电线圈（5b），所述通电线圈（5b）与电源控制系统相连。

5.根据权利要求1所述的磁控烧结成型装置，其特征在于：所述槽体结构（2）内还安装有对粉末（1）进行平整操作的平整辊（7）。

6.根据权利要求1所述的磁控烧结成型装置，其特征在于：所述粉末（1）为蜡或ABS或尼龙树脂裹覆砂或聚碳酸酯或陶瓷材料。

7.根据权利要求1所述的磁控烧结成型装置，其特征在于：所述磁性球体（3）为磁铁球。

8.一种利用权利要求1所述磁控烧结成型装置进行烧结成型的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1）：在槽体结构（2）内铺设粉末（1），开启电磁加热器（4）对磁性球体（3）加热，使得磁性球体（3）的温度高于粉末（1）的熔点；

步骤2）：电磁铁（5）控制磁性球体（3）在槽体结构（2）内的粉末（1）中不断移动，使得粉末（1）熔化并粘结在一起成型；

步骤3）：不断熔化的粉末（1）和下层已成型的部分粘结，逐步堆积，直到形成完整的成型零件；

步骤4）：烧结完成后，电磁铁（5）控制磁性球体（3）远离烧结的零件。