[发明专利]一种三维打印成型各向同性粘结磁体的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料成型领域，涉及一种三维打印成型各向同性粘结磁体的方法。

背景技术

粘结永磁体是将磁性材料粉末和粘结剂以及其他添加剂按一定比例混合，然后模压或者注射成型制成的复合永磁材料，被广泛应用于计算机信息技术、航空航天技术、交通运输技术等重要行业。粘结磁体分为各向同性和各向异性，各向同性粘结磁体在制备过程中不施加磁场，制备出来的磁体性能较低。各向异性粘结磁体再成型制备过程中施加外磁场，对磁粉进行取向，使得磁粉易磁化方向一致，制备出来的磁体性能较各向同性粘结磁体性能高。粘结永磁体尺寸精度高，形状自由度大，磁体的力学性能和磁性能优异，能实现大规模自动化生产。

三维打印制造技术是把一个通过设计或扫描等方式做好的三维模型按照某一坐标轴切成一定量的剖面，然后一层层打印出来堆积在一起，形成一个实体，因此三维打印技术又称为“增材制造”。三维打印制造技术无需原坯和模具，且对粉末的限制较小，不用单独设计模具，提高了单件的生产效率，降低了生产成本，能生产任意复杂形状的材料，大大缩短了生产周期。

将三维打印技术应用在磁性功能材料方面近年来研究的热点，中国专利201410101034.X公开了一种利用3D打印制备复杂磁体的方法，该方法利用热塑性尼龙-6或者尼龙-12和磁粉在双螺旋挤出机加融熔混炼，并挤出成一定直径的细丝，再进行打印。这种方法对热固性环氧树脂不适用，且工艺复杂，制备周期较长。中国专利201410638285.1公开了一种通过粘结剂喷射的方法制备粘结磁体，这种方法通过打印喷头喷射粘结剂渗透进磁粉间隙，然后通过加热使粘结剂固化的方法制备粘结磁体，此种方法制备的磁体精度不高，粉体消耗较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维打印成型各向同性粘结磁体的方法，利用该方法制备的磁体无需模具，节约时间和成本，能制备大尺寸和复杂形状的粘结磁体。

为了获得上述的粘结磁体材料，本发明具体步骤如下：

(1)配置预混液：将热固性环氧树脂、固化剂溶和有机溶剂(稀释剂)按一定比例混合均匀配制成预混液；

(2)制备磁浆：将各向同性磁粉加入偶联剂的有机溶剂溶液中，边搅拌加热挥发有机溶剂，使偶联剂包覆在磁粉表面，将偶联剂处理的各向同性粘结磁粉加入到预混液中，搅拌均匀，制备出假塑性高悬浮态磁浆；

(3)三维建模：使用三维建模软件构建所需结构形状的磁体的三维模型，模型格式为STL格式，对模型进行分层切片处理，控制打印层高和打印机针头打印时走针的路径；

(4)三维打印成型：将切片好的模型数据导入三维打印机中，将磁浆装入到打印打印机料筒中，加热打印机基板，按照模型进行打印成型。

步骤(1)中所述的热固性树脂为热固性环氧树脂、乙二醇二缩水甘油醚、酚醛树脂；所述固化剂为胺类固化剂、酐类固化剂；所述有机溶剂为丙酮。树脂和有机溶剂的比例为5:1～20:1。

步骤(2)中所述的磁粉包括铁氧体磁粉、NdFeB磁粉、SmFeN磁粉、SmCo磁粉中的一种或多种的混合；偶联剂为KH560，溶剂为乙醇，偶联剂占磁粉质量比为1wt.％～5wt.％；磁浆中磁粉质量分数为80wt.％～98wt.％。

步骤(4)中所述三维打印设备的打印基板温度为150℃～280℃。

本发明的优点：

1、采用三维打印方式，能制备成型传统制备方法无法制备的大尺寸复杂形状的磁体，且无模具开发费用，节约成本，在单件、小批量生产时节约时间，生产效率高，具有不可替代的优势。

2、对磁粉原料要求低，由于不同磁粉的形貌具有不规则性，对市场上大部分磁粉都能进行打印成型。

3、采用三维打印的方法制备粘结磁体，磁粉的质量分数达到80wt.％～98wt.％，和压制成型和注射成型时磁粉质量分数相当。

具体实施方式

实施例1：

步骤1：预混液制备：将17g双酚A型环氧树脂、3g双氰胺固化剂与4g丙酮混合，充分搅拌混合均匀，制得粘结剂预混液；

步骤2：磁浆制备：将100g注塑锶铁氧体磁粉将各向同性磁粉加入100ml含有2wt.％偶联剂的乙醇溶液中，边搅拌加热挥发溶剂，使偶联剂包覆在磁粉表面，将偶联剂处理的各向同性粘结磁粉加入到预混液中，搅拌均匀，制备出假塑性高悬浮态磁浆；

步骤3：三维建模：对磁体进行三维建模，模型格式为STL格式，对模型切片处理，设置打印层高为0.2mm；