CN114555338A - 制造永久磁铁的方法 - Google Patents
制造永久磁铁的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114555338A CN114555338A CN202080071451.8A CN202080071451A CN114555338A CN 114555338 A CN114555338 A CN 114555338A CN 202080071451 A CN202080071451 A CN 202080071451A CN 114555338 A CN114555338 A CN 114555338A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder composition
- powder
- dimensional object
- particles
- polyamide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 38
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 126
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 95
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 42
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 41
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 31
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 claims abstract description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 229920000299 Nylon 12 Polymers 0.000 claims description 8
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 8
- QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N [B].[Fe].[Nd] Chemical compound [B].[Fe].[Nd] QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 claims description 7
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 6
- KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N cobalt samarium Chemical compound [Co].[Sm] KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 6
- 229910000938 samarium–cobalt magnet Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 claims description 5
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 5
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 claims description 5
- 239000002667 nucleating agent Substances 0.000 claims description 5
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 claims description 5
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000521 B alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229920001634 Copolyester Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000571 Nylon 11 Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 claims description 4
- AJCDFVKYMIUXCR-UHFFFAOYSA-N oxobarium;oxo(oxoferriooxy)iron Chemical compound [Ba]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O AJCDFVKYMIUXCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 claims description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 4
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 4
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 3
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 claims description 2
- 239000012963 UV stabilizer Substances 0.000 claims 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims 2
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 claims 2
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 claims 2
- 239000000049 pigment Substances 0.000 claims 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 206010067623 Radiation interaction Diseases 0.000 claims 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 claims 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims 1
- 239000002902 ferrimagnetic material Substances 0.000 claims 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 1
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 claims 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 11
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 3
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 3
- 229910000583 Nd alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 2
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910020517 Co—Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910017061 Fe Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KYNBZKPYPKYYBQ-UHFFFAOYSA-N [Co].[Fe].[Nd] Chemical compound [Co].[Fe].[Nd] KYNBZKPYPKYYBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000007970 homogeneous dispersion Substances 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920006126 semicrystalline polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
- H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/10—Formation of a green body
- B22F10/16—Formation of a green body by embedding the binder within the powder bed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/22—Driving means
- B22F12/222—Driving means for motion along a direction orthogonal to the plane of a layer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/30—Platforms or substrates
- B22F12/33—Platforms or substrates translatory in the deposition plane
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
- B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
- H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
- H01F1/06—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C2202/00—Physical properties
- C22C2202/02—Magnetic
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
一种制造永久磁铁的方法，包括：提供粉末组合物，该粉末组合物的第一部分包括铁磁金属颗粒，该粉末组合物的第二部分包括热塑性聚合物颗粒；在基于粉末床的增材制造工艺中使用粉末组合物，以形成包括嵌入在熔融热塑性聚合物主体中的铁磁金属颗粒的零件；以及随后通过将完成的零件布置在磁场中而在构建的零件上赋予磁性。
Description
技术领域
本发明涉及使用构建介质的增材制造(Additive Manufacture，AM)领域，构建介质以连续层施加并且根据待构建的物体的横截面在选择的点或区域处固化，并且本发明更具体地涉及特别适用于制作将具有磁性特征的物体的介质，并且仍然更具体地涉及制造永久磁铁、用于该方法的粉末组合物、以及永久磁铁。
背景技术
永久磁铁是一种呈现持久磁场的磁铁，并且包括铁磁材料(例如铁氧体、铁合金或稀土合金，仅举几例)。大型永久磁铁可以用于电机(例如发电机)中，并且可以通过铸造来制造。较小的永久磁铁可用于各种目的，并且可通过铣削形成。替代性地，铁磁金属可以以小颗粒形式提供，并且包括悬浮在流体树脂载体中的金属颗粒的混合物可以用于例如在注射成型工艺中成型期望的磁铁形状。虽然这种方法可能比常规的铣削技术更经济，但是用工具加工模具昂贵，并且磁铁形状受到模具形状的限制。此外，模具形状受注射成型工艺的已知限制支配。由于这些原因，制造少量的永久磁铁可能是相当昂贵的。
也已经证明可以通过熔丝制造来制作钕磁铁。然而，迄今为止，似乎工业上还不能成功地将前述内容适用于使用选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)或类似系统的工艺，在该工艺中，粉末或其它流体材料为构建介质。
因此，本发明的目的是提供一种制造永久磁铁的更经济的方式。
发明内容
本发明的目的通过根据权利要求1所述的制造永久磁铁的方法、根据权利要求7所述的粉末组合物、以及根据权利要求14所述的永久磁铁来实现。
根据本文的公开内容，制造永久磁铁的方法包括以下步骤：提供粉末组合物，该粉末组合物的第一部分包括铁磁金属颗粒，该粉末组合物的第二部分包括热塑性聚合物颗粒；在基于粉末床的增材制造工艺中使用粉末组合物，以形成包括嵌入在熔融聚合物主体中的铁磁金属颗粒的三维零件；以及通过在磁场中处理完成的零件而在完成的零件上赋予磁性。
在本发明的上下文中，术语“铁磁金属颗粒”在用于提及粉末组合物时应理解成意指尚未磁化的金属颗粒。换言之，粉末组合物中存在的金属颗粒可能没有磁性。
在粉末床熔融工艺(例如SLS工艺)期间，根据计算机模型(先前使用合适的CAD(计算机辅助设计)程序产生)以逐层方式构建零件。在选择性激光烧结中，这通过以下方式来完成：将激光束引导到粉末的连续薄层中的特定点处，以熔化或熔融这些点处的构建材料(例如热塑性聚合物)。在本发明的方法中，粉末组合物中的金属颗粒不会受到能量束或激光的明显影响，并且完成的零件包括嵌入熔融聚合物主体中的金属颗粒。粉末组合物的聚合物部分可以称为结合剂，而金属部分可以称为填料。完成的零件也可以称为三维物体或生坯。
一旦构建完成，那么就可以使用本领域技术人员已知的技术将完成的零件放置在足够强的磁场中，从而在完成的零件上赋予磁性。这样磁化的零件然后可以称为永久磁铁。
根据本发明的一方面，粉末组合物(用于本发明方法中)基本上由两部分组成：第一铁磁金属部分和第二热塑性聚合物部分，而粉末组合物还可以包括少量添加剂，如将在下面解释的。铁磁金属部分可以包括钕铁硼合金、钐钴合金、钡铁氧体、锶铁氧体或任何其它合适的铁磁材料中的任何一者。热塑性聚合物部分包括共聚酯、聚酰胺6、聚酰胺11、聚酰胺12、聚丙烯、聚苯硫醚、聚氨酯或任何其它合适的热塑性聚合物中的任何一者。聚酰胺通常也称为尼龙。
铁磁金属部分和热塑性聚合物部分机械地混合或干混，以确保颗粒的均匀分布。这可以通过彻底混合不同密度的材料的混合装置来确保。在构建工艺期间，粉末层中可能发生根据密度的分离，但由于粉末层厚度非常小，因此这样的根据密度的分离将不会对所构建物体的质量产生有害影响。使用本发明的方法制造的永久磁铁可以具有可通过增材制造、特别是通过SLS实现的任何形状。因为能量束可以以非常精确的方式控制来熔融构建材料(例如热塑性聚合物)，所以可以以各种形状和形式中的任何一者来构建零件。这样的设计自由度对于其它现有技术制造方法(例如注射成型)是不可能的。
权利要求书和以下描述公开了本发明的特别有利的实施例和特征。实施例的特征可以适当地组合。在一个权利要求类别的上下文中描述的特征可以等同地应用于另一个权利要求类别。
如上所述，对于粉末组合物的铁磁颗粒可以选择任何合适的合金，其中，稀土合金是最合适的，因为稀土合金可以产生有利的强磁场。在本发明的优选实施例中，可以使用掺杂有镨的钕铁硼(Nd-Fe-B)合金(例如(NdPr)2Fe14B)。同样，可以使用钕铁钴(Nd-Fe-Co)合金(例如包括镨和钛的合金(Nd-Pr-Fe-Co-Ti))。其它合适的材料可以是钐钴合金、钡铁氧体、锶铁氧体或任何其它合适的铁磁材料。这样的金属非常适合于制造永久磁铁。当使用粉末冶金工艺制造时，这样的永久磁铁具有不期望的特性(例如脆性)以及碎裂或破裂的倾向。然而，在本发明的方法中，这些缺点不再是问题，因为金属粉末结合在熔融的聚合物主体中。
由于本发明的一个目的是提供一种制造永久磁铁、优选强永久磁铁的简单方式，因此粉末组合物中铁磁金属颗粒的质量分数优选包括至少91.5重量％。这样的浓度将在零件磁化之后产生强磁场。因此，热塑性聚合物粉末共混物占粉末组合物的质量分数为至多8.5重量％。
在本发明的优选实施例中，选择粉末组合物的铁磁部分和铁磁部分的组成，以获得具有至少0.15特斯拉、更优选至少0.4特斯拉的剩磁的零件。例如，磁化后密度为3.5g/cm3的13g零件将具有0.4特斯拉的剩磁或通量密度(Br)。
在本发明的优选实施例中，用于磁化完成的零件的磁场具有足够高的磁通密度，以便在完成的零件中实现期望的最小剩磁。将完成的零件放置在磁场中足够的最小持续时间，以实现期望的剩磁。在本发明的优选实施例中，热塑性聚合物部分包括至少两种具有不同特性的热塑性聚合物。优选地，至少一种热塑性聚合物是低粘度(高熔体流动)热塑性聚合物。例如，占粉末组合物的质量分数为8.5重量％的热塑性聚合物粉末共混物可以包括PA12共混物，其具有1.7重量％的低粘度PA12和6.8重量％的高粘度PA12(称为“基体尼龙”)。
由于铁磁金属的质量可能大于热塑性聚合物，因此粉末组合物的不同组分可以替代性地以体积分数来限定。例如，粉末组合物中铁磁金属颗粒的体积分数优选包括至少0.6。因此，粉末组合物中热塑性聚合物颗粒的体积分数优选包括至多0.4。
在本发明的特别优选的实施例中，铁磁金属颗粒的平均直径在30μm至70μm的范围内，其中，粒度可以在很大程度上取决于所选择的(一个或多个)合金。最终零件中的剩磁基本上与粒度无关，而是由金属合金中在磁化过程中将对齐的单个磁畴的数量确定。因此，可以选择粒度，以适合其它工艺参数，例如以促进复合粉末的彻底混合。例如，金属粉末颗粒的平均直径可以是大约65微米，而尼龙结合剂粉末颗粒的平均直径可以是大约40-60微米。金属粉末的密度可以比结合剂粉末的密度大大约7-8倍。可以使用任何具有形状规则或不规则的粉末颗粒的研磨金属合金(例如，诸如MQP-S-11-9-20001的产品)。
优选地，该方法还包括以下步骤：将保护涂层(例如合适的环氧树脂)施加到完成的零件，以保护零件表面处的暴露的铁磁材料不被氧化。由于完成的零件的颜色主要由铁磁材料的颜色确定，所以这样的保护涂层还可以防止零件的变色。
如上所述，粉末组合物还可以包括另外的添加剂(例如成核剂、流动助剂或抗氧化剂中的一者或多者)。这些添加剂和必要的比例是本领域技术人员已知的，不需要在以下详细描述。
本发明的其它目的和特征将从结合附图考虑的以下详细描述中变得显而易见。然而，应当理解，附图仅仅是为了说明的目的而设计的，而不是作为对本发明的限制的定义。
附图说明
图1例示了根据本发明的实施例的粉末组合物；
图2是在构建期间的SLS装置的简化图；
图3示出了本发明方法的最后阶段；以及
图4示出了使用本发明方法制造的永久磁铁的横截面。
在附图中，同样的附图标记始终指代同样的元件。图中的对象不一定按比例绘制。
具体实施方式
尽管本发明容许有许多不同形式的实施例，但是在附图中示出了并且将在本文中详细描述本发明的优选实施例，应当理解，本发明应当被认为是本发明的原理的范例，并且不旨在将本发明的广泛方面限制于所例示的实施例。如本文所用的，术语“本发明”不旨在限制所要求保护的发明的范围，而是仅为了解释的目的而用于讨论本发明的示例性实施例的术语。
图1例示了根据本发明的实施例的粉末组合物1。该图示出了铁磁颗粒11和热塑性聚合物颗粒12的混合物或干混物。粉末混合物也可以通过以下方式来获得：将铁磁金属颗粒与热塑性聚合物颗粒熔融复合，以制成复合粒料，然后将其研磨成适合用于SLS装置的尺寸。在粉末混合物中，可以假定铁磁颗粒不具有任何磁性，即颗粒不会被吸引到附近的磁铁。铁磁颗粒11可以包括上述合金或化合物中的一种或多种。类似地，热塑性聚合物颗粒12可包括上述材料中的一种或多种。在该实施例中，可以假定铁磁颗粒11占粉末组合物1的至少90重量％。剩余的10重量％由热塑性聚合物颗粒12和适当的少量添加剂(例如成核剂、流动助剂、抗氧化剂等)给出。对于这样的示例性粉末混合物，铁磁颗粒11的平均直径可以达到90μm。铁磁颗粒11和聚合物颗粒12可以具有任何规则或不规则的形状。
图2是在构建期间的SLS装置3的简化图。该图示出了支撑在构建平台30上的部分完成的零件2B。该零件可以以小的增量降低，使得部分完成的零件2B的上层在整个构建中保持在基本相同的水平。零件2B以逐层方式构造。对于各个层，将粉末组合物1(包括如上所述的铁磁颗粒11、热塑性聚合物颗粒12和可选添加剂的共混物)均匀地散布在基底30上，如本领域技术人员所公知的，然后引导激光束31，以仅在该粉末层1L中的一组特定点熔融热塑性聚合物。激光束所生成的热量足以熔化(即，熔融或烧结)聚合物，但不影响铁磁材料。因此，该零件将包括嵌入在熔融聚合物120中的金属颗粒11，如图的放大部分所示。当构建完成时，允许完成的零件冷却。
参考图3，在该示例性实施例中，完成的零件2已形成为使得其可堆叠，并且已被给予保护涂层22，以防止零件2的表面处的铁磁颗粒氧化。在该图中，完成的零件2被磁化。为此，生成足够强的磁场4，并且将完成的零件2放置在场4中适当的持续时间，直到铁磁颗粒充分饱和为止。这将导致在完成的零件上赋予磁性，即完成的零件将表现出一定的剩磁，并将用作如图4所示的永久磁铁2PM。
图4示出了使用本发明方法制造的永久磁铁2PM的横截面。该图例示了由永久磁铁2PM生成的持久磁场2F。磁场2F是磁化过程作用于嵌入在熔融的热塑性聚合物主体120中的铁磁金属颗粒11的结果。
完成的零件2PM的磁性和结构特性在很大程度上取决于粉末组合物和增材制造工艺的选择。根据本发明一方面的复合粉末可以具有包含至多50％(干重)聚合物粉末和至少50％(干重)铁磁粉末的组成。如上所述，聚合物粉末可以选自一种或多种通常用于粉末床熔融工艺的热塑性半结晶聚合物(例如共聚酯、PA6(聚酰胺6)、PA11(聚酰胺11)、PA12(聚酰胺12)、PP(聚丙烯)、PPS(聚苯硫醚)和TPU(聚氨酯))。这些聚合物中的任何一者或这些聚合物中的两者或更多者的共混物可以用于复合粉末中，以在粉末床熔融工艺中充当结合剂。
粉末组合物可以包括细粉末形式的铁磁颗粒(例如钕铁硼(NdFeB)合金、钐钴(SmCo)合金、钡或锶的铁氧体等的颗粒)。
粉末组合物中还可以包括各种添加剂(例如流动助剂、抗氧化剂、成核剂等)。优选地混合粉末组合物的各个部分，以实现铁磁颗粒在整个粉末组合物中的均匀分散。如技术人员已知的，可通过机械共混、熔融复合和随后的研磨、用于混合或涂布颗粒的化学方法等实现彻底混合。
在一个示例性实施例中，粉末组合物包括8.5重量％的聚合物树脂颗粒和91.5重量％的铁磁颗粒。为了实现磁性复合材料的有利的熔体粘度，聚合物树脂颗粒包括6.8重量％的高分子量聚酰胺12和1.7重量％的低粘度高熔体流动聚酰胺12。铁磁颗粒包括钕铁硼(NdFeB)合金粉末。粉末组分机械地混合30分钟。这样提供的粉末组合物然后适用于商业SLS机。
在另一个示例性实施例中，粉末组合物可以包括研磨的钕合金颗粒(例如如MQP-AA4-15-7的产品，即平均直径为65微米的Nd-Pr-Fe-B合金颗粒)。替代性地或另外，粉末组合物可以包括例如MQP-S-11 9的产品(即平均直径为43微米的Nd-Pr-Fe-Co-Ti-B合金的球形颗粒)。
本发明粉末组合物的有利配方可以包括91.5重量％(或60％的体积分数)的钕合金、6.8重量％的PA12和1.7重量％的低粘度高熔体流动PA12。然后将这些组分干混，以获得用于激光烧结工艺(例如粉末床熔融工艺)的粉末组合物。在粉末床熔融工艺中，如上所述，在构建区域中连续地铺设粉末材料层，根据被构建的物体的层横截面，以受控的方式将激光或某一其它类型的电磁或固化能量施加到各个层。
尽管已经以优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行许多额外的修改和变更。
为了清楚起见，应当理解，贯穿本申请的“一”或“一种”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其他步骤或元件。
Claims (34)
1.一种制造永久磁铁的方法，所述方法包括以下步骤：
提供粉末组合物，所述粉末组合物的第一部分包括铁磁金属颗粒，所述粉末组合物的第二部分包括热塑性聚合物颗粒；
在基于粉末床的增材制造工艺中使用所述粉末组合物，以形成包括嵌入在熔融的热塑性聚合物主体中的铁磁金属颗粒的零件；以及
通过将完成的零件布置在磁场中来在所述零件上赋予磁性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供粉末组合物的步骤包括将至少85重量％的质量分数分配给所述粉末组合物的所述第一部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供粉末组合物的步骤包括在所述粉末组合物的所述第二部分中包括至少两种热塑性聚合物，其中至少一者是低粘度热塑性聚合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉末组合物的所述第二部分被选择成包括聚酰胺和低粘度聚酰胺。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉末组合物中聚酰胺的质量分数包括至多6.8重量％，所述粉末组合物中所述低粘度聚酰胺的质量分数包括至多1.7重量％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供粉末组合物的步骤包括机械地混合粉末部分。
7.一种用于根据权利要求1所述的方法中的粉末组合物，其中，
所述铁磁金属颗粒部分包括钕铁硼合金、钐钴合金、钡铁氧体、锶铁氧体中的任一者；
所述热塑性聚合物颗粒部分包括共聚酯、聚酰胺、聚酰胺、聚酰胺、聚丙烯、聚苯硫醚、聚氨酯中的任一者。
8.根据权利要求7所述的粉末组合物，其特征在于，所述粉末组合物中所述铁磁金属颗粒的体积分数包括至少0.6。
9.根据权利要求7所述的粉末组合物，其特征在于，所述粉末组合物中所述热塑性聚合物颗粒的体积分数包括至多0.4。
10.根据权利要求7所述的粉末组合物，其特征在于，所述粉末组合物还包括成核剂和/或流动助剂和/或抗氧化剂和/或红外吸收剂和/或彩色颜料和/或阻燃剂和/或紫外稳定剂。
11.根据权利要求7所述的粉末组合物，其特征在于，所述铁磁金属颗粒的平均直径为至少10μm，和/或其中，所述铁磁金属颗粒的平均直径为至多100μm。
12.根据权利要求7所述的粉末组合物，其特征在于，铁磁金属颗粒包括基本上球形的形状。
13.根据权利要求7所述的粉末组合物，其特征在于，所述粉末组合物的所述铁磁金属部分基于期望的剩磁来选择。
14.一种永久磁铁，使用粉末组合物、使用根据权利要求1所述的方法制造。
15.根据权利要求14所述的永久磁铁，其特征在于，所述永久磁铁具有至少0.15特斯拉的剩磁。
16.一种用于在增材制造逐层粉末床熔融构建工艺中制作物体的复合材料，其中，所得物体具有永磁性，所述复合材料包括：
约8.5重量％聚合物树脂和约91.5重量％磁性颗粒的组分，其中，所述聚合物树脂是约6.8重量％聚酰胺12和约1.7重量％低粘度聚酰胺12的物理共混物，并且磁性颗粒包括包含钕铁硼粉末的细研磨合金粉末，所述组分机械地混合，以便形成所述复合材料。
17.根据权利要求16所述的复合材料，其特征在于，所述研磨合金是d50＝65微米的Nd-Pr-Fe-B合金。
18.根据权利要求16所述的复合材料，其特征在于，所述研磨合金是d50＝43微米的Nd-Pr-Fe-Co-Ti-B合金的球形颗粒。
19.一种用于借助于增材制造方法制造三维物体的粉末组合物，其中，所述粉末组合物包括：
铁磁或亚铁磁材料的第一粉末；以及
热塑性材料的第二粉末。
20.根据权利要求19所述的粉末组合物，其特征在于，所述第一粉末的材料选自钕铁硼合金、钐钴合金、钡铁氧体、锶铁氧体的组，和/或
其中，所述第二粉末的材料选自共聚酯、聚酰胺6、聚酰胺11、聚酰胺12、聚丙烯、聚苯硫醚、聚氨酯的组。
21.根据权利要求19所述的粉末组合物，其特征在于，所述第一粉末的颗粒具有在10μm至100μm范围内的平均直径。
22.根据权利要求19所述的粉末组合物，其特征在于，所述粉末组合物包括至多0.4体积％的所述第二粉末和/或所述粉末组合物包括至少0.6体积％的所述第一粉末。
23.根据权利要求19所述的粉末组合物，其特征在于，所述粉末组合物包括至少85重量％的所述第一粉末。
24.根据权利要求19所述的粉末组合物，其特征在于，所述粉末组合物还包括至少一种添加剂，其中，所述添加剂选自成核剂、助流剂、抗氧化剂、IR吸收剂、彩色颜料、阻燃剂和UV稳定剂的组。
25.根据权利要求19所述的粉末组合物，其特征在于，所述第一粉末的颗粒大致是球形的、大致是不规则的、或大致是球形且不规则的。
26.一种制造三维物体的方法，所述方法包括以下步骤：
提供根据权利要求19所述的粉末组合物；
通过以下方式来制备所述物体：分层施加所述粉末组合物，并且通过在各层中的对应于该层中的所述物体的横截面的位置处施加电磁辐射来选择性地固化所述粉末组合物，其中，在能量束的至少一个辐射相互作用区中扫描所述位置。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述三维物体包括生坯，所述生坯设计成通过以下方式来磁化：通过将所述三维物体布置在磁场中在所述三维物体上赋予磁性。
28.根据权利要求26所述的制造三维物体的方法，其特征在于，所述方法还包括向所述物体施加磁场60秒或更短时间的步骤。
29.一种根据权利要求26所述的工艺制备的三维物体。
30.根据权利要求29所述的三维物体，其特征在于，包括生坯，所述生坯设计成通过以下方式来磁化：通过将所述三维物体布置在磁场中在所述三维物体上赋予磁性。
31.根据权利要求29所述的三维物体，其特征在于，所述三维物体具有至少0.15特斯拉的剩磁。
32.根据权利要求19所述的粉末组合物用于构建包括永久磁铁的三维物体的用途，其中，所述三维物体在涉及通过增材制造逐步和逐层构建所述三维物体的工艺中制备。
33.一种用于实现根据权利要求26所述的工艺的设备，其中，所述设备包括：辐射源；处理室，其具有带容器壁的开口容器；支撑件，其处于所述处理室内，其中，所述开口容器和所述支撑件是在竖直方向上相对于彼此可移动的；存储容器；和再涂器，其是在水平方向上可移动的，并且其中，所述存储容器至少部分地填充有粉末组合物。
34.根据权利要求33所述的设备，其特征在于，所述设备还包括磁场施加单元。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/537,827 US20210050149A1 (en) | 2019-08-12 | 2019-08-12 | Method of manufacturing a permanent magnet |
| US16/537,827 | 2019-08-12 | ||
| PCT/US2020/045887 WO2021030413A1 (en) | 2019-08-12 | 2020-08-12 | Method of manufacturing a permanent magnet |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114555338A true CN114555338A (zh) | 2022-05-27 |
Family
ID=74566996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202080071451.8A Pending CN114555338A (zh) | 2019-08-12 | 2020-08-12 | 制造永久磁铁的方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US20210050149A1 (zh) |
| EP (1) | EP4013603A4 (zh) |
| CN (1) | CN114555338A (zh) |
| WO (1) | WO2021030413A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3134019A1 (fr) * | 2022-04-05 | 2023-10-06 | Centre National De La Recherche Scientifique | Procédé de fabrication additive d’un objet magnétique |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102963002A (zh) * | 2011-09-01 | 2013-03-13 | 波音公司 | 用于直接数字化制造纤维增强零件的方法、装置和材料混合物 |
| WO2015120937A1 (de) * | 2014-02-17 | 2015-08-20 | Robert Bosch Gmbh | Spritzwerkzeug zur herstellung eines permanentmagneten |
| CN108541230A (zh) * | 2015-12-23 | 2018-09-14 | Eos有限公司电镀光纤系统 | 用于校准用于有生产力地制造三维物体的设备的装置及方法 |
| CN109963670A (zh) * | 2016-11-18 | 2019-07-02 | 阿科玛法国公司 | 可烧结的磁性粉末组合物和通过烧结该组合物制造的三维物体 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6120620A (en) * | 1999-02-12 | 2000-09-19 | General Electric Company | Praseodymium-rich iron-boron-rare earth composition, permanent magnet produced therefrom, and method of making |
| WO2018081528A1 (en) * | 2016-10-27 | 2018-05-03 | Ut-Battelle, Llc | Magnetic feed material and its use in producing bonded permanent magnets by additive manufacturing |
| US20190252099A1 (en) * | 2018-02-12 | 2019-08-15 | United Technologies Corporation | Process and materials for printed magnets |
| US11373802B2 (en) * | 2018-07-10 | 2022-06-28 | GM Global Technology Operations LLC | Magnet manufacturing by additive manufacturing using slurry |
| EP3599622A1 (en) * | 2018-07-27 | 2020-01-29 | Fundació Institut de Ciències Fotòniques | A method, a system and a package for producing a magnetic composite |
| US11715592B2 (en) * | 2018-09-04 | 2023-08-01 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Samarium cobalt and neodymium iron boride magnets and methods of manufacturing same |
| CN113166749A (zh) * | 2018-09-27 | 2021-07-23 | 齐姆特罗尼克斯催化系统股份有限公司 | 用于生物纳米催化剂固定化的可打印磁粉和3d打印物体 |
| US11712845B2 (en) * | 2018-10-16 | 2023-08-01 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Three-dimensional printing |
-
2019
- 2019-08-12 US US16/537,827 patent/US20210050149A1/en not_active Abandoned
-
2020
- 2020-08-12 EP EP20852193.0A patent/EP4013603A4/en active Pending
- 2020-08-12 CN CN202080071451.8A patent/CN114555338A/zh active Pending
- 2020-08-12 WO PCT/US2020/045887 patent/WO2021030413A1/en unknown
-
2023
- 2023-05-02 US US18/142,250 patent/US20230268118A1/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102963002A (zh) * | 2011-09-01 | 2013-03-13 | 波音公司 | 用于直接数字化制造纤维增强零件的方法、装置和材料混合物 |
| WO2015120937A1 (de) * | 2014-02-17 | 2015-08-20 | Robert Bosch Gmbh | Spritzwerkzeug zur herstellung eines permanentmagneten |
| CN108541230A (zh) * | 2015-12-23 | 2018-09-14 | Eos有限公司电镀光纤系统 | 用于校准用于有生产力地制造三维物体的设备的装置及方法 |
| CN109963670A (zh) * | 2016-11-18 | 2019-07-02 | 阿科玛法国公司 | 可烧结的磁性粉末组合物和通过烧结该组合物制造的三维物体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4013603A1 (en) | 2022-06-22 |
| WO2021030413A1 (en) | 2021-02-18 |
| US20230268118A1 (en) | 2023-08-24 |
| US20210050149A1 (en) | 2021-02-18 |
| EP4013603A4 (en) | 2023-11-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chaudhary et al. | Additive manufacturing of magnetic materials | |
| US20220024068A1 (en) | 3d printing method using slip | |
| US11590717B2 (en) | Extrudable magnetic ink and novel 3D printing method to fabricate bonded magnets of complex shape | |
| US20230268118A1 (en) | Method of manufacturing a permanent magnet | |
| US20170092400A1 (en) | Additive manufacturing of magnets | |
| CN104269265A (zh) | 磁场取向三维打印各向异性粘结磁体及其制备方法 | |
| CN105828976A (zh) | 型芯的制造方法、以及利用该型芯的制造方法来获取型芯的涡轮构件的制造方法 | |
| EP3437842A1 (en) | 3d printing method | |
| DE112019006615T5 (de) | Additive Herstellung von Magnet Arrays | |
| CN105772727B (zh) | 一种金属材料梯度零件的3d打印成型方法 | |
| EP0396235A2 (en) | Method for producing permanent magnet alloy particles for use in producing bonded permanent magnets | |
| US7704438B2 (en) | Process for producing a permanently magnetic molding | |
| Urban et al. | Additive manufacturing of neodymium-iron-boron permanent magnets | |
| US20220362843A1 (en) | Methods of producing bonded magnet and compound for bonded magnets | |
| CN107851497B (zh) | 人造永磁体和制造所述人造永磁体的方法 | |
| CN110253785B (zh) | 3d打印成型材料及其打印方法 | |
| JP2016165895A (ja) | 傾斜機能材料の製造方法 | |
| DE2136893A1 (de) | Nutenkeil fuer elektrische maschinen | |
| DE102015217690A1 (de) | Härtbare Zusammensetzung | |
| EP4227021A1 (en) | Dual phase soft magnetic particle combinations, components and manufacturing methods | |
| KR20230001591A (ko) | 이방성 3ｄ 영구자석의 제조 방법 및 그 장치 | |
| JP6933711B2 (ja) | 生成的製造方法からの残粉体の処理方法 | |
| Suen | Electrical Steel Fabricated by Binder Jet Printing | |
| Siedlecki et al. | Methods of Preparing Soft and Hard Magnetic Elements by Additive Manufacturing | |
| JP2023092825A (ja) | 圧縮ボンド磁石の製造装置およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |