[发明专利]一种磁力辅助成型3D打印成型装置及方法

说明书

本发明公开了一种磁力辅助成型3D打印成型装置及方法，利用电磁技术配合3D打印技术，实现高分子基磁性金属复合材料制品悬臂结构无支撑打印以及防止制品翘边的作用。通过控制系统根据打印位置和挤出量的实时监控和计算对建磁平台中电磁铁工作状态的精确控制，使其对打印的悬臂结构施加的竖直向上的磁力平衡竖直向下的重力作用，使打印的熔融态悬臂可在空中稳定悬浮冷却固化成型。本发明可有效避免3D打印过程中对制品悬臂结构建立支撑部分，改善原有与支撑面接触制品表面的质量，缩短打印时间，减少打印过程中耗材的使用量；使制品有更好的质量；并且多台打印挤出机械臂同时工作，可选择从不同维度完全悬浮打印成型的技术，可以提高制品的制造效率。

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体涉及一种磁力辅助成型3D打印成型技术。

背景技术

熔融沉积成型技术作为3D打印技术的一种目前被广泛应用于医疗、时尚、工业、航空航天等各个方面。熔融沉积技术属于从下至上的层叠成型技术，为了避免由于重力导致打印悬臂结构过程中坍塌，必须在制品下方预先打印支撑结构，且支撑结构在打印结束后需被去除，这将在打印模型本体表面留下痕迹，使3D打印制品表面质量较差并且有塑料耗材废弃不利于环保。本发明提出一种克服物体重力避免打印支撑结构的熔融沉积3D打印的方案-磁力辅助成型3D打印技术。该技术利用麦克斯韦电磁理论改变磁性物质(铁、钴、镍等)的磁矩方向与地球引力协调以辅助高分子基磁性金属复合材料悬臂结构悬浮3D打印成型。相较于一种常见的利用超声波抵消重力影响的方法，磁力对物体的作用力较易精确控制，且成本较低。本发明具体介绍利用电磁技术辅助3D打印技术进行制品悬臂结构无支撑打印的技术，该技术同时可增强制品下表面与打印平台的接触力，避免制品翘曲变形的现象产生。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的不足，提供一种磁力辅助成型3D打印成型装置及方法。利用电磁技术配合3D打印技术，实现高分子基磁性金属复合材料制品悬空部分无支撑打印以及防止制品翘边的作用。本发明可有效避免3D 打印过程中对制品支撑结构的建立，改善原有支撑面的表面质量，缩短打印时间，减少打印过程中耗材的使用量；使制品有较好的尺寸精度。

本发明提出的技术方案是：一种磁力辅助成型3D打印成型装置，由熔融沉积3D打印机、磁力辅助系统和控制系统组成。所述磁力辅助系统包括束线圈箱、线圈、铁芯、散热装置；所述控制系统包括3D打印机控制系统、磁场控制系统以及磁隔离箱。

本发明一种磁力辅助成型3D打印成型装置的结构是以熔融沉积3D打印机为主要作用对象，安装两个建磁平台，上层建磁平台直接固接于3D打印机顶部；下层建磁平台安装于3D打印机成型平台下，并与之固接，可随3D打印机成型平台做Z轴轴向运动。两建磁平台均需保持水平安装。3D打印机及建磁平台控制系统均由导线迁出集中于3D打印机一侧，置于磁隔离箱内，防止磁干扰控制系统运作。

本发明一种磁力辅助成型3D打印成型装置中熔融沉积3D打印机的成型平台材料采用高磁导率材料。

本发明一种磁力辅助成型3D打印成型装置中建磁平台的束线圈箱由上下壳体、侧面壳体以及内部隔离带组成。其中侧面壳体用低磁导材料例如铝合金等材料制成，上下两壳体由高磁导材料例如工业纯铁等制成，内部隔离带为矩形网格结构，网格边长与电磁线圈外径一致，每个隔离带组成的矩形格中设置一枚由电磁线圈和铁芯的电磁铁，隔离带由铜等低磁导率和有电场隔离效果的材料制成，同时在工作过程中中间隔离带应接地，以减小线圈对相邻线圈的干扰。

本发明一种磁力辅助成型3D打印成型装置中磁力辅助系统的建磁平台的散热系统由多风扇组成，其中建磁平台上的风扇安装于束线圈箱前后左右四面，相互对称，以防止大量电磁设备工作形成热涡流，提高散热速度。

本发明一种磁力辅助成型3D打印成型装置中控制系统的磁隔离箱由低磁导率的材料例如铝等材料制成，完全包覆控制系统，避免在工作过程中产生的磁场对控制系统产生干扰，影响设备正常运转。