CN109830367A - 磁性线材制造方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种磁性线材制造方法及其装置，用以解决现有线材制造于固化过程发生沉淀现象的问题。该制造方法包括：一个充磁步骤，以定向的外加磁场作用于一种磁性粉体，使该磁性粉体因磁化现象而具有微弱磁性；一个混炼步骤，加热及搅拌该磁性粉体及一种高分子材料，而形成一个具有可塑性的混料胶；一个压出步骤，以机械力推挤该混料胶通过一个孔洞，而形成一个连续且具有与该孔洞相同直径的线材；及一个均匀化步骤，多个不同磁场连续作用于该线材中的该磁性粉体，使该磁性粉体在该线材内的分布连续变换而不破坏该线材的外观。一种可供实施该制造方法的装置亦一并公开。
Description
技术领域
本发明关于一种磁性线材制造方法及其装置，尤其是一种使磁性粉体材料均匀分布于线材截面的磁性线材制造方法及其装置。
背景技术
常见3D列印机的主流成型方式是挤压沉积型，所使用的材料普遍为聚乳酸（PolyLactic Acid, PLA）塑胶线材，除了可以在PLA线材中混入色料，使3D列印出各种颜色的成品，还可以在PLA线材的制造过程加入各种材料，使成品具有不同的质感或功能性，例如：加入木粉纤维使成品有木雕外观、加入导电材料可印制电子组件等。
现有3D列印线材以混炼加工及压出成型两个步骤制造，混炼加工是对功能性材料及高分子塑料施加破碎、分散、混合、塑化，使功能性材料与高分子塑料均匀分布且呈现具有可塑性的熔融态，称为混料胶，推挤该混料胶经模具压出连续线材，再经冷却凝固成型可制造出3D列印线材。
上述现有的线材制造方法中，使用的功能性材料的密度大于高分子塑料的密度，该高密度材料可以是具有磁性或导电性的金属或金属化合物，将导致该混料胶发生沉淀现象，使该功能性材料容易累积于底部。如图1a所示，当混料胶在混炼装置的混合腔中，受持续搅拌可保持均匀分布，使压出的线材截面呈现均匀分布。如图1b所示，于压出之后的冷却凝固过程中，高密度的功能性材料颗粒会逐渐沉积于线材底部，使完成品的线材截面呈现非均匀分布。
有鉴于此，现有的线材制造方法确实仍有加以改善的必要。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种磁性线材制造方法，制造混合磁性粉体的线材，并使该磁性线材截面呈现均匀分布。
本发明的目的是提供一种磁性线材制造装置，可磁化磁性粉体，再以外加磁场牵引该磁性粉体移动。
本发明以下所述方向性或其近似用语，例如“前”、“后”、“内”、“外”、“侧面”等，主要参考附图的方向，各方向性或其近似用语仅用以辅助说明及理解本发明的各实施例，非用以限制本发明。
本发明的磁性线材制造方法，包括：一个充磁步骤，以定向的外加磁场作用于一种磁性粉体，使该磁性粉体因磁化现象而具有微弱磁性；一个混炼步骤，加热及搅拌该磁性粉体及一种高分子材料，使该磁性粉体及该高分子材料受到高温、剪切及拉伸作用，而形成一个具有可塑性的混料胶；一个压出步骤，以机械力推挤该混料胶通过一个孔洞，而形成一个连续且具有与该孔洞相同直径的线材；及一个均匀化步骤，多个不同磁场连续作用于该线材中的该磁性粉体，使该磁性粉体在该线材内的分布连续变换。
据此，本发明的磁性线材制造方法，在线材固化过程中，可以通过磁力(超距力)对磁性粉体进行搅动，而不会影响线材的结构，可以使制造的线材具有磁性粉体均匀分布截面的效果。
其中，各磁场的方向及强度可以被调整，该线材以稳定的速度、方向及张力通过不同方向及强度的各磁场。如此，各磁场可平均作用于该线材整体，具有提升磁性粉体均匀程度的功效。
其中，该磁性粉体是铁氧体、铝镍钴合金、钐钴合金或钕铁硼合金；该高分子材料是聚乳酸或ABS树脂。如此，该高分子材料可均匀混合该磁性粉体，而该磁性粉体可带有磁性而被外加磁场牵引，具有避免沉淀现象发生的功效。
其中，该高分子材料的熔点低于该磁性粉体的居礼温度。如此，避免该磁性粉体受热至居礼温度（磁性转变点）而消除磁性，具有提升外加磁场作用于该磁性粉体效率的功效。
本发明的磁性线材制造装置，可以包括：一个充磁装置，由一个磁铁形成一个感磁空间；一个混炼机，由一个料斗连通一个加热筒的一个入料口，且一个螺杆沿该加热筒的中心线设置，并由一个动力元件驱动该螺杆于该加热筒内旋转，该加热筒的一个出料口接合一个模具；及一个外加磁场模块，由多个电磁铁形成多个磁场空间，各磁场空间排列于该混炼机的该出料口处。
其中，该入料口及该出料口分别设置于该加热筒的两端，该出料口位于该加热筒的中心线上。如此，可以均匀的推挤力压出线材，具有使线材的结构一致的功效。
其中，各磁场空间的磁场方向及强度可以被调整。如此，磁性粉体可受不同方向及大小的磁力作用，具有避免沉淀现象发生的功效。
其中，该出料口接合不同孔洞直径的各模具。如此，该线材具有与该模具的孔洞相同的直径，具有制造不同截面形状和尺寸规格线材的功用。
此外，本发明的磁性线材制造装置，还可以另包括一个收线模块，该收线模块包括一个冷却装置、一个牵引滚轮组及一个卷线器，该冷却装置、该牵引滚轮组及该卷线器依序位于该外加磁场模块之后。如此，使线材在稳定状态下，受磁场作用、凝结定型及收纳，具有提升线材品质一致性的功效。
其中，该冷却装置是散热风扇或水冷槽。如此，具有加速冷却该线材而不影响外观结构的功效。
附图说明
图1a：现有均匀化分布的线材截面图；
图1b：现有非均匀化分布的线材截面图；
图2：本发明一个较佳实施例的装置图；
图3：本发明一个较佳实施例的制造方法步骤图；
图4a：本发明的外加磁场模块的工作情形图；
图4b：本发明的与图4a所示的外加磁场不同磁场方向的工作情形图。
附图标记说明
1 充磁装置
11 磁铁 12 感磁空间
2 混炼机
21 料斗 22 加热筒
221 入料口 222 出料口
23 螺杆 24 动力元件
25 模具
3 外加磁场模块
31 电磁铁 32 磁场空间
4 收线模块
41 冷却装置 42 牵引滚轮组
43 卷线器
S1 充磁步骤 S2 混炼步骤
S3 压出步骤 S4 均匀化步骤
M 磁性粉体 P 高分子材料
W 线材 H 磁力线。
具体实施方式
为使本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特根据本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
请参照图2所示，其是本发明磁性线材制造装置的一个实施例，包括一个充磁装置1、一个混炼机2、一个外加磁场模块3及一个收线模块4，该充磁装置1可独立设置，该外加磁场模块3设置于该混炼机2的出料口侧，该收线模块4设置于该外加磁场模块3后方。
该充磁装置1由一个磁铁11形成一个感磁空间12，该感磁空间12较佳具有定向的磁场方向，该感磁空间12可容置一种磁性粉体M。
该混炼机2由一个料斗21连通一个加热筒22的一个入料口221，且一个螺杆23沿该加热筒22的中心线设置，并由一个动力元件24驱动该螺杆23于该加热筒22内旋转，该加热筒22的一个出料口222接合一个模具25。该入料口221及该出料口222较佳分别设置于该加热筒22的两端，且该出料口222较佳位于该加热筒22的中心线上。该混炼机2可混炼该磁性粉体M及一种高分子材料P，并通过该出料口222及该模具25压出一个线材W。该模具25的孔洞可以有不同直径，更换该模具25可制造不同截面形状和尺寸规格的线材W。
该外加磁场模块3由多个电磁铁31形成多个磁场空间32，各磁场空间32排列于该混炼机2的该出料口222处，使该线材W依序通过各磁场空间32，又各电磁铁31的设置方向及产生的磁场强度可以被调整。
该收线模块4包括一个冷却装置41、一个牵引滚轮组42及一个卷线器43，该冷却装置41、该牵引滚轮组42及该卷线器43依序位于该外加磁场模块3之后。该冷却装置41可以是散热风扇或水冷槽，可加速该线材W凝固成型，并由该牵引滚轮组42维持该线材W的行进方向及速度，且该卷线器43整理收纳该线材W。
请参照图3所示，本发明可实施一种磁性线材制造方法，包括一个充磁步骤S1、一个混炼步骤S2、一个压出步骤S3及一个均匀化步骤S4。
该充磁步骤S1是以定向的外加磁场作用于该磁性粉体M，使该磁性粉体M因磁化现象而具有微弱磁性。
该混炼步骤S2是加热及搅拌该磁性粉体M及该高分子材料P，使该磁性粉体M及该高分子材料P受到高温、剪切及拉伸作用，而形成一个具有可塑性的熔融态且混合均匀的混料胶。该高分子材料P的熔点应低于该磁性粉体M的居礼温度（Curie temperature, Tc），避免该磁性粉体M混合熔融态的该高分子材料P而失去磁性。
该压出步骤S3是以机械力推挤该磁性粉体M及该高分子材料P混合的该混料胶通过一个孔洞，而形成一个连续且具有与该孔洞相同直径的线材W。
该均匀化步骤S4是多个不同磁场连续作用于该线材W中的该磁性粉体M，各磁场的方向及强度可以被调整。如图4a及4b所示，各磁场的多条磁力线H可组成各种形态，使具有微弱磁性的该磁性粉体M沿各磁力线H排列。又该线材W以稳定的速度、方向及张力通过各种形态的各磁力线H组合，使该磁性粉体M在该线材W内的分布连续变换，可扰动该磁性粉体M以避免发生沉淀现象，则该线材W截面保持均匀分布，而不破坏该线材W的外观，并且能保持该线材W的功能性。
该磁性粉体M的材质可以是铁氧体、铝镍钴合金、钐钴合金或钕铁硼合金等。该高分子材料P可以是聚乳酸或ABS树脂等。
综上所述，本发明的磁性线材制造方法，在线材固化过程中，可以通过磁力(超距力)对磁性粉体进行搅动，而不会影响线材的结构，可以使制造的线材具有磁性粉体于截面上均匀分布的效果。
本发明的磁性线材制造装置，以充磁装置磁化磁性粉体，再经混炼机压出包括磁性粉体的线材，使外加磁场模块作用于磁性粉体，可实施本发明的磁性线材制造方法。
Claims (10)
1.一种磁性线材制造方法，其特征在于：包括：
一个充磁步骤，以定向的外加磁场作用于一种磁性粉体，使该磁性粉体因磁化现象而具有微弱磁性；一个混炼步骤，加热及搅拌该磁性粉体及一种高分子材料，使该磁性粉体及该高分子材料受到高温、剪切及拉伸作用，而形成一个具有可塑性的混料胶；一个压出步骤，以机械力推挤该混料胶通过一个孔洞，而形成一个连续且具有与该孔洞相同直径的线材；及一个均匀化步骤，多个不同磁场连续作用于该线材中的该磁性粉体，使该磁性粉体在该线材内的分布连续变换。
2.如权利要求1所述的磁性线材制造方法，其特征在于：各磁场的方向及强度可以被调整，该线材以稳定的速度、方向及张力通过不同方向及强度的各磁场。
3.如权利要求1所述的磁性线材制造方法，其特征在于：该磁性粉体是铁氧体、铝镍钴合金、钐钴合金或钕铁硼合金；该高分子材料是聚乳酸或ABS树脂。
4.如权利要求1所述的磁性线材制造方法，其特征在于：该高分子材料的熔点低于该磁性粉体的居礼温度。
5.一种磁性线材制造装置，其特征在于包括：
一个充磁装置，由一个磁铁形成一个感磁空间；
一个混炼机，由一个料斗连通一个加热筒的一个入料口，且一个螺杆沿该加热筒的中心线设置，并由一个动力元件驱动该螺杆于该加热筒内旋转，该加热筒的一个出料口接合一个模具；及
一个外加磁场模块，由多个电磁铁形成多个磁场空间，各磁场空间排列于该混炼机的该出料口处。
6.如权利要求5所述的磁性线材制造装置，其特征在于：该入料口及该出料口分别设置于该加热筒的两端，该出料口位于该加热筒的中心线上。
7.如权利要求5所述的磁性线材制造装置，其特征在于：各磁场空间的磁场方向及强度可以被调整。
8.如权利要求5所述的磁性线材制造装置，其特征在于：该出料口接合不同孔洞直径的各模具。
9.如权利要求5至8中任一项所述的磁性线材制造装置，其特征在于：另包括一个收线模块，该收线模块包括一个冷却装置、一个牵引滚轮组及一个卷线器，该冷却装置、该牵引滚轮组及该卷线器依序位于该外加磁场模块之后。
10.如权利要求9所述的磁性线材制造装置，其特征在于：该冷却装置是散热风扇或水冷槽。
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