TW201925276A - 磁性線材製造方法及其裝置 - Google Patents

Abstract

一種磁性線材製造方法及其裝置，用以解決習知線材製造於固化過程發生沉澱現象的問題。該製造方法包含：一充磁步驟，以定向的外加磁場作用於一磁性粉體，使該磁性粉體因磁化現象而具有微弱磁性；一混煉步驟，加熱及攪拌該磁性粉體及一高分子材料，而形成一具有可塑性之混料膠；一壓出步驟，以機械力推擠該混料膠通過一孔洞，而形成一連續且具有與該孔洞相同直徑的線材；及一均勻化步驟，數個不同磁場連續作用於該線材中的該磁性粉體，使該磁性粉體在該線材內的分布連續變換而不破壞該線材之外觀。一種可供實施該製造方法之裝置亦一併揭露。

Description

磁性線材製造方法及其裝置

本發明係關於一種磁性線材製造方法及其裝置，尤其是一種使磁性粉體材料均勻分布於線材截面的磁性線材製造方法及其裝置。

常見3D列印機的主流成型方式係擠壓沉積型，所使用的材料普遍為聚乳酸(Poly Lactic Acid,PLA)塑膠線材，除了可以在PLA線材中混入色料，使3D列印出各種顏色的成品，還可以在PLA線材的製造過程加入各種材料，使成品具有不同的質感或功能性，例如：加入木粉纖維使成品有木雕外觀、加入導電材料可印製電子組件等。

習知3D列印線材係以混煉加工及壓出成型二步驟製造，混煉加工係對功能性材料及高分子塑料施加破碎、分散、混合、塑化，使功能性材料與高分子塑料均勻分布且呈現具有可塑性之熔融態，稱為混料膠，推擠該混料膠經模具壓出連續線材，再經冷卻凝固成型可製造出3D列印線材。

上述習知的線材製造方法中，使用的功能性材料之密度大於高分子塑料之密度，該高密度材料可以是具有磁性或導電性之金屬或金屬化合物，將導致該混料膠發生沉澱現象，使該功能性材料容易累積於底部。如第1a圖所示，當混料膠在混煉裝置之混合腔中，受持續攪拌可保持均勻分布，使壓出之線材截面呈現均勻分布。如第1b圖所示，於壓出之後的冷 卻凝固過程中，高密度之功能性材料顆粒會逐漸沉積於線材底部，使完成品的線材截面呈現非均勻分布。

有鑑於此，習知的線材製造方法確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明的目的係提供一種磁性線材製造方法，製造混合磁性粉體之線材，並使該磁性線材截面呈現均勻分布。

本發明的目的係提供一種磁性線材製造裝置，可磁化磁性粉體，再以外加磁場牽引該磁性粉體移動。

本發明以下所述方向性或其近似用語，例如「前」、「後」、「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制本發明。

本發明的磁性線材製造方法，包含：一充磁步驟，以定向的外加磁場作用於一磁性粉體，使該磁性粉體因磁化現象而具有微弱磁性；一混煉步驟，加熱及攪拌該磁性粉體及一高分子材料，使該磁性粉體及該高分子材料受到高溫、剪切及拉伸作用，而形成一具有可塑性之混料膠；一壓出步驟，以機械力推擠該混料膠通過一孔洞，而形成一連續且具有與該孔洞相同直徑的線材；及一均勻化步驟，數個不同磁場連續作用於該線材中的該磁性粉體，使該磁性粉體在該線材內的分布連續變換。

據此，本發明的磁性線材製造方法，在線材固化過程中，可以透過磁力(超距力)對磁性粉體進行攪動，係不會影響線材的結構，可以使製造的線材具有磁性粉體均勻分布截面的效果。

其中，各該磁場的方向及強度可以被調整，該線材以穩定的速度、方向及張力通過不同方向及強度的各該磁場。如此，各該磁場可平均作用於該線材整體，係具有提升磁性粉體均勻程度的功效。

其中，該磁性粉體是鐵氧體、鋁鎳鈷合金、釤鈷合金或釹鐵 硼合金；該高分子材料是聚乳酸或ABS樹脂。如此，該高分子材料可均勻混合該磁性粉體，而該磁性粉體可帶有磁性而被外加磁場牽引，係具有避免沉澱現象發生的功效。

其中，該高分子材料之熔點低於該磁性粉體之居禮溫度。如此，避免該磁性粉體受熱至居禮溫度(磁性轉變點)而消除磁性，係具有提升外加磁場作用於該磁性粉體效率的功效。

本發明的磁性線材製造裝置，可以包含：一充磁裝置，由一磁鐵形成一感磁空間；一混煉機，由一料斗連通一加熱筒之一入料口，且一螺桿沿該加熱筒之中心線設置，並由一動力元件驅動該螺桿於該加熱筒內旋轉，該加熱筒之一出料口接合一模具；及一外加磁場模組，係由數個電磁鐵形成數個磁場空間，各該磁場空間排列於該混煉機之該出料口處。

其中，該入料口及該出料口分別設置於該加熱筒之二端，該出料口位於該加熱筒之中心線上。如此，可以均勻的推擠力壓出線材，係具有使線材的結構一致的功效。

其中，各該磁場空間的磁場方向及強度可以被調整。如此，磁性粉體可受不同方向及大小的磁力作用，係具有避免沉澱現象發生的功效。

其中，該出料口接合不同孔洞直徑之各該模具。如此，該線材具有與該模具之孔洞相同的直徑，係具有製造不同截面形狀和尺寸規格線材的功用。

此外，本發明的磁性線材製造裝置，還可以另包含一收線模組，該收線模組包括一冷卻裝置、一牽引滾輪組及一捲線器，該冷卻裝置、該牽引滾輪組及該捲線器係依序位於該外加磁場模組之後。如此，使線材在穩定狀態下，受磁場作用、凝結定型及收納，係具有提升線材品質一致性的功效。

其中，該冷卻裝置是散熱風扇或水冷槽。如此，係具有加速冷卻該線材而不影響外觀結構的功效。

1‧‧‧充磁裝置

11‧‧‧磁鐵

12‧‧‧感磁空間

2‧‧‧混煉機

21‧‧‧料斗

22‧‧‧加熱筒

221‧‧‧入料口

222‧‧‧出料口

23‧‧‧螺桿

24‧‧‧動力元件

25‧‧‧模具

3‧‧‧外加磁場模組

31‧‧‧電磁鐵

32‧‧‧磁場空間

4‧‧‧收線模組

41‧‧‧冷卻裝置

42‧‧‧牽引滾輪組

43‧‧‧捲線器

S1‧‧‧充磁步驟

S2‧‧‧混煉步驟

S3‧‧‧壓出步驟

S4‧‧‧均勻化步驟

M‧‧‧磁性粉體

P‧‧‧高分子材料

W‧‧‧線材

H‧‧‧磁力線

第1a圖：習知均勻化分布之線材截面圖。

第1b圖：習知非均勻化分布之線材截面圖。

第2圖：本發明一較佳實施例的裝置圖。

第3圖：本發明一較佳實施例的製造方法步驟圖。

第4a圖：本發明之外加磁場模組的工作情形圖。

第4b圖：如第4a圖所示的不同磁場方向的工作情形圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第2圖所示，其係本發明磁性線材製造裝置的一實施例，係包含一充磁裝置1、一混煉機2、一外加磁場模組3及一收線模組4，該充磁裝置1可獨立設置，該外加磁場模組3設置於該混煉機2之出料口側，該收線模組4設置於該外加磁場模組3後方。

該充磁裝置1係由一磁鐵11形成一感磁空間12，該感磁空間12較佳具有定向的磁場方向，該感磁空間12可容置一磁性粉體M。

該混煉機2係由一料斗21連通一加熱筒22之一入料口221，且一螺桿23沿該加熱筒22之中心線設置，並由一動力元件24驅動該螺桿23於該加熱筒22內旋轉，該加熱筒22之一出料口222接合一模具25。該入料口221及該出料口222較佳分別設置於該加熱筒22之二端，且該出料口222較佳位於該加熱筒22之中心線上。該混煉機2可混煉該磁性粉體M及一高分子材料P，並經由該出料口222及該模具25壓出一線材 W。該模具25之孔洞可以有不同直徑，更換該模具25可製造不同截面形狀和尺寸規格的線材W。

該外加磁場模組3由數個電磁鐵31形成數個磁場空間32，各該磁場空間32排列於該混煉機2之該出料口222處，使該線材W依序通過各該磁場空間32，又各該電磁鐵31的設置方向及產生的磁場強度可以被調整。

該收線模組4包括一冷卻裝置41、一牽引滾輪組42及一捲線器43，該冷卻裝置41、該牽引滾輪組42及該捲線器43係依序位於該外加磁場模組3之後。該冷卻裝置41可以是散熱風扇或水冷槽，可加速該線材W凝固成型，並由該牽引滾輪組42維持該線材W的行進方向及速度，且該捲線器43整理收納該線材W。

請參照第3圖所示，本發明可實施一種磁性線材製造方法，係包含一充磁步驟S1、一混煉步驟S2、一壓出步驟S3及一均勻化步驟S4。

該充磁步驟S1係以定向的外加磁場作用於該磁性粉體M，使該磁性粉體M因磁化現象而具有微弱磁性。

該混煉步驟S2係加熱及攪拌該磁性粉體M及該高分子材料P，使該磁性粉體M及該高分子材料P受到高溫、剪切及拉伸作用，而形成一具有可塑性之熔融態且混合均勻之混料膠。該高分子材料P之熔點應低於該磁性粉體M之居禮溫度(Curie temperature,Tc)，避免該磁性粉體M混合熔融態之該高分子材料P而失去磁性。

該壓出步驟S3係以機械力推擠該磁性粉體M及該高分子材料P混合之該混料膠通過一孔洞，而形成一連續且具有與該孔洞相同直徑的線材W。

該均勻化步驟S4係數個不同磁場連續作用於該線材中的該磁性粉體M，各該磁場的方向及強度可以被調整。如第4a及4b圖所示， 各該磁場之數條磁力線H可組成各種形態，使具有微弱磁性之該磁性粉體M沿各該磁力線H排列。又該線材W以穩定的速度、方向及張力通過各種形態之各該磁力線H組合，使該磁性粉體M在該線材W內的分布連續變換，可擾動該磁性粉體M以避免發生沉澱現象，則該線材W截面保持均勻分布，而不破壞該線材W之外觀，並且能保持該線材W之功能性。

該磁性粉體M的材質可以是鐵氧體、鋁鎳鈷合金、釤鈷合金或釹鐵硼合金等。該高分子材料P可以是聚乳酸或ABS樹脂等。

綜上所述，本發明的磁性線材製造方法，在線材固化過程中，可以透過磁力(超距力)對磁性粉體進行攪動，係不會影響線材的結構，可以使製造的線材具有磁性粉體均勻分布截面的效果。

本發明的磁性線材製造裝置，以充磁裝置磁化磁性粉體，再經混煉機壓出包含磁性粉體的線材，使外加磁場模組作用於磁性粉體，可實施本發明的磁性線材製造方法。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種磁性線材製造方法，係包含：一充磁步驟，以定向的外加磁場作用於一磁性粉體，使該磁性粉體因磁化現象而具有微弱磁性；一混煉步驟，加熱及攪拌該磁性粉體及一高分子材料，使該磁性粉體及該高分子材料受到高溫、剪切及拉伸作用，而形成一具有可塑性之混料膠；一壓出步驟，以機械力推擠該混料膠通過一孔洞，而形成一連續且具有與該孔洞相同直徑的線材；及一均勻化步驟，數個不同磁場連續作用於該線材中的該磁性粉體，使該磁性粉體在該線材內的分布連續變換。
2. 如申請專利範圍第1項所述之磁性線材製造方法，其中，各該磁場的方向及強度可以被調整，該線材以穩定的速度、方向及張力通過不同方向及強度的各該磁場。
3. 如申請專利範圍第1項所述之磁性線材製造方法，其中，該磁性粉體是鐵氧體、鋁鎳鈷合金、釤鈷合金或釹鐵硼合金；該高分子材料是聚乳酸或ABS樹脂。
4. 如申請專利範圍第1項所述之磁性線材製造方法，其中，該高分子材料之熔點低於該磁性粉體之居禮溫度。
5. 一種磁性線材製造裝置，包含：一充磁裝置，由一磁鐵形成一感磁空間；一混煉機，由一料斗連通一加熱筒之一入料口，且一螺桿沿該加熱筒之中心線設置，並由一動力元件驅動該螺桿於該加熱筒內旋轉，該加熱筒之一出料口接合一模具；及一外加磁場模組，係由數個電磁鐵形成數個磁場空間，各該磁場空間排 列於該混煉機之該出料口處。
6. 如申請專利範圍第5項所述之磁性線材製造裝置，其中，該入料口及該出料口分別設置於該加熱筒之二端，該出料口位於該加熱筒之中心線上。
7. 如申請專利範圍第5項所述之磁性線材製造裝置，其中，各該磁場空間的磁場方向及強度可以被調整。
8. 如申請專利範圍第5項所述之磁性線材製造裝置，其中，該出料口接合不同孔洞直徑之各該模具。
9. 如申請專利範圍第5至8項中任一項所述之磁性線材製造裝置，另包含一收線模組，該收線模組包括一冷卻裝置、一牽引滾輪組及一捲線器，該冷卻裝置、該牽引滾輪組及該捲線器係依序位於該外加磁場模組之後。
10. 如申請專利範圍第9項所述之磁性線材製造裝置，其中，該冷卻裝置是散熱風扇或水冷槽。