CN113799390A - 一种非接触式电磁加热的3d打印的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式电磁加热的3D打印的方法，该方法是将3D打印材料粉体与纳米磁性粉体混合，通入到非接触式电磁加热的3D打印喷头中，在磁场作用下，混合物料中的纳米磁性粉体通过电磁感应作用加热，使3D打印材料粉体熔化，最终浆体从喷嘴喷出成型；本发明通过非接触电磁感应加热，超95%电能转变为热能，且加热均匀、高效，延长了3D打印喷头的使用寿命；且混合均匀的磁性纳米粉体材料不但能均匀加热，可进一步提高3D打印材料的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术及设备领域，具体涉及一种用于熔融材料的非接触式电磁加热单螺旋加热3D打印方法。
背景技术
3D打印是通过计算机辅助设计和制造的过程，相比于传统的制造方法，3D打印在制造几何和内部结构复杂的产品时更灵活、反复和准确。3D打印作为一种快速成型技术，以数字模型文件为基础，运用粉状金属、塑料、陶瓷、碳化硅粉、砂和石膏材料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造所需物体。基于以上优点，目前在世界范围内，3D打印技术已于医药、工业、电化学、材料学及生物学等领域中得到了应用，近些年来得到了国内外众多学者的广泛关注。
FDM法即熔积成型法在3D打印领域内最为常用，是一种将各种丝材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC 等）加热熔化进而堆积成型方法。但是该方法的成型精度较低，最高仅为0.127mm，因此成型品的表面光洁度较低。熔融浆料挤出工艺能很好的解决FDM法3D打印过程中存在的问题，成型品的表面光洁度高，精度高，因此该方法近些年来在3D打印领域中受到了研究者的广泛关注。然而目前市面上的加热熔融型挤出3D打印喷头大多采用电阻丝加热，而这种传统的加热方式，其热效率比较低，易使熔融3D打印材料受热不均从而产生溶解不完全，堵塞管道的现象，影响3D打印成型品质量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种非接触式电磁加热的3D打印方法，本发明方法是将3D打印材料粉体与纳米磁性粉体混合，通入到非接触式电磁加热的3D打印喷头中，在磁场作用下，混合物料中的纳米磁性粉体通过电磁感应作用加热，使3D打印材料粉体熔化，最终浆体从喷嘴喷出成型，其中非接触式电磁加热的3D打印喷头包括电机、金属管道、进料口、电磁感应线圈、套管、电磁控制器、螺旋杆、喷嘴，金属管道上部开有2个进料口，电机固定在金属管道顶部，电机输出轴穿过金属管道与放置在金属管道内的螺旋杆，套管套装固定在金属管道外，若干个电磁感应线圈设置在套管和金属管道之间，电磁控制器与电磁感应线圈连接，喷嘴固定在金属管道底端并与其连通。
本发明装置通过螺旋杆的搅拌混合，再对加有纳米磁性材料的熔融的3D打印材料加以磁场，使浆体中添加的纳米磁性材料在磁场的作用下定向排布，并在混合运动过程中产生热量，使熔融浆体传热均匀，可有效提高打印产品的力学性能，同时为熔融3D打印高强度材料提供一种调节方式。
所述电磁线圈通入电压110~360V的交流电，电磁线圈对喷头内部施加水平方向磁场；所述电机的输出轴与螺旋杆顶部连接，使螺旋杆按设定转速旋转，转速范围为60~400rpm，均匀混合熔融打印材料；所述进料口位于金属管道上部两侧，3D打印材料粉体和纳米磁性粉体分别从两个进料口加入；在螺旋杆作用下搅拌混匀，同时在磁场作用下加热熔融，使得打印材料与纳米磁性粉体材料混匀熔融后形成浆体并从喷嘴中挤出；所述喷嘴可以拆卸，方便使用后清洗。
所述的3D打印材料粉体为常规多聚物、低熔点金属中的一种或几种；纳米磁性粉体为铁（居里温度为770℃）、钴（居里温度为1100℃）、Si含量2%~4%的硅铁合金（居里温度为720~770℃）、镍含量为67%的铁镍合金（居里温度为612℃）中的一种或几种；纳米磁性粉体的添加量为混合物质量的1%~15%。
所述喷嘴通过螺纹连接的方式固定在金属管道底端。
所述电磁感应线圈与金属管道竖直方向轴线垂直。
本发明的有益效果是：在螺旋杆搅拌浆体的基础上通过外加电磁感应线圈施加磁场，使浆体中的磁性纳米粉体在混合运功的过程中产生热能，从而使3D打印材料均匀受热融化成浆体，最终在螺旋杆的旋转作用下将浆体从喷嘴挤出，从而实现3D打印过程，且通过非接触电磁感应加热，超95%电能转变为热能，且加热均匀、高效，延长了3D打印喷头的使用寿命。
附图说明
图1是本发明非接触式电磁加热的3D打印喷头结构示意图；
图2是本发明非接触式电磁加热的3D打印喷头剖视结构示意图；
图3是本发明装置部分结构示意图；
图中：1-电机；2-金属管道、3-进料口；4-电磁感应线圈；5-套管；6-电磁控制器；7-螺旋杆；8：喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：如图1-3所述，本实施例中非接触式电磁加热的3D打印喷头包括电机1、金属管道2、进料口3、电磁感应线圈4、套管5、电磁控制器6、螺旋杆7、喷嘴8，金属管道2上部开有2个进料口3，电机1固定在金属管道2顶部，电机输出轴穿过金属管道与放置在金属管道内的螺旋杆7连接，套管5套装固定在金属管道外，12个电磁感应线圈4设置在套管5和金属管道2之间，电磁控制器6与电磁感应线圈4连接，喷嘴8通过螺纹连接的方式固定在金属管道2底端并与其连通；
将99%PP粉末与粒径为50nm的1%的纳米铁粉分别从2个进料口3送入金属管道中，电磁控制器输出电压为220V，电磁感应线圈加热至240℃，螺旋杆在60rpm的转速下搅拌混合，混合浆料纵向打印尺寸为20×20×40mm的块体，所得产品精度为0.10mm，塌落高度为0.97mm。
实施例2：本实施例装置结构同实施例1，将85%的聚四氟乙烯粉体和粒径为50nm的15%的镍含量67%的铁镍合金分别从进料口3送入金属管道中，在螺旋杆作用下搅拌混合，同时电磁控制器控制电磁感应线圈加热，电压为240V，温度为400℃，螺旋杆转速为120 rpm，熔融混匀的浆料从喷嘴挤出并预定的形状，所得产品精度为0.11mm，塌落高度为0.92mm。
实施例3：本实施例装置结构同实施例1，将90%的铝粉和10%的粒径为50nm的Si含量3%的硅铁合金分别从进料口3送入金属管道中，在螺旋杆作用下搅拌混合，同时电磁控制器控制电磁感应线圈加热，电压为360V，温度为670℃，螺旋杆转速为240rpm，熔融混匀的浆料从喷嘴挤出并预定的形状，所得产品精度为0.13mm，塌落高度为0.89mm。
Claims (3)
1.一种非接触式电磁加热的3D打印方法，其特征在于：将3D打印材料粉体与纳米磁性粉体混合，通入到非接触式电磁加热的3D打印喷头中，在磁场作用下，混合物料中的纳米磁性粉体通过电磁感应作用加热，使3D打印材料粉体熔化，最终浆体从喷嘴喷出成型，其中非接触式电磁加热的3D打印喷头包括电机（1）、金属管道（2）、进料口（3）、电磁感应线圈（4）、套管（5）、电磁控制器（6）、螺旋杆（7）、喷嘴（8），金属管道（2）上部开有2个进料口（3），电机（1）固定在金属管道（2）顶部，电机输出轴穿过金属管道与放置在金属管道内的螺旋杆（7）连接，套管（5）套装固定在金属管道外，若干个电磁感应线圈（4）设置在套管（5）和金属管道（2）之间，电磁控制器（6）与电磁感应线圈（4）连接，喷嘴（8）活动设置在金属管道（2）底端并与其连通。
2.根据权利要求1所述的非接触式电磁加热的3D打印方法，其特征在于：纳米磁性材料为铁、钴、Si含量2%~4%的硅铁合金、镍含量67%的铁镍合金中的一种或几种，纳米磁性粉体的添加量为混合物质量的1%~15%。
3.根据权利要求1所述的非接触式电磁加热的3D打印方法，其特征在于：喷嘴（8）通过螺纹连接的方式固定在金属管道（2）底端。
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