一种磁控增强3D打印装置与方法

本发明涉及3d打印，尤其涉及一种磁控增强3d打印装置。

背景技术：

1、林紫雄等[1]通过在3d打印装置上增设激励电源模块、导电电极等模块，对导电纤维精准控温释放内应力达到增强的效果，但是该发明不能够实现固定方向的性能增强。磁控增强3d打印装置是指利用软磁颗粒fe3o4颗粒在充磁过程中带动碳纤维极性排列，制造出力学性能增强塑料结构。磁控增强3d打印的关键在于对熔融的磁性复合耗材充磁处理，通过磁性颗粒带动碳纤维定向排列，从而使打印结构在固定方向上实现力学性能的增强。此种方法是在pla中混入软磁颗粒fe3o4、tpu、碳纤维，再采用熔融沉积成型的方式进行结构制造。这种方法的关键思想是在打印过程中在挤出口处施加磁场，使磁化后的颗粒沿着施加磁场的方向带动碳纤维，从而打印的线条中的碳纤维实现极性方向的排列。这种材料打印的结构可以根据实际需求制造出特定方向的增强结构。

2、[1]林紫雄,林文雄,黄见洪等.一种在线降低连续纤维增强复合材料3d打印应力的打印装置及打印方法[p].福建省:cn116198110a,2023-06-02.

技术实现思路

1、本发明的目的是利用软磁材料在磁场下带动碳纤维定向排布的特性，制作一台磁控增强的3d打印装置。为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

2、一种磁控增强的3d打印装置，其特征在于包括磁性复合耗材、驱动轮、熔融器、充磁模块、喷嘴、热床。所述的磁性复合耗材通过驱动轮旋转运送到熔融器内，所述的充磁模块安装在熔融器的下方靠近挤出口处，所述的喷嘴安装在充磁模块下方。

3、磁性复合耗材由fe3o4颗粒、tpu、碳纤维、pla聚乳酸颗粒组成。fe3o4颗粒可以为打印样品提供磁学特性和结构强度、tpu可以让材料紧密胶连在一起、碳纤维可以提高材料的韧性、pla聚乳酸颗粒可以在高温融化低温迅速固化成型。磁控增强3d打印挤出装置由一个步进电机带动同步轮构成，在打印过程中两个同步轮旋转传送打印耗材，通过步进电机的正反转控制耗材的挤出与回抽。充磁装置由漆包线紧密均匀的缠绕在一个圆桶状的骨架上，将充磁装置安放在料仓的挤出口处，对线圈施加恒定磁场，线圈匝数为1000匝，电流大小为1～2a，恒定磁场使磁性颗粒带动碳纤维定向排列。热床为可加热的平台，当模型成型于沉积平台上后，加热平台有助于模块的固化成型。

4、本发明的热塑性材料磁控3d打印操作步骤如下：

5、s1：制备的磁性复合耗材，首先将fe3o4微粒、tpu、碳纤维、pla聚乳酸按照一定配比混合，搅拌均匀后用密炼机挤出打印所需要的磁性复合耗材。

6、s2：将充磁模块安装在熔融器和喷嘴之间，保证磁性复合耗材中的fe3o4颗粒带动碳纤维定向排布。

7、s3：打印前首先在软件中设计模型，随后用切片软件切片导出g代码到sd卡中，插入打印机进行打印，打印过程中打开充磁模块，打印完成后冷却使模型固化。

技术特征：

1.一种磁控增强3d打印装置与方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种磁控增强3d打印装置与方法：其特征在于：包括：磁性复合耗材、驱动轮、熔融器、充磁模块、喷嘴、热床；所述的磁性复合耗材通过驱动轮运送到熔融器内，所述的充磁模块安装在熔融器的下方，所述的喷嘴安装在充磁模块下方，所述的热床安装在喷嘴的下方。

3.根据权利要求1所述的磁性复合耗材由软磁颗粒四氧化三铁微粒、300目tpu、300目碳纤维、pla聚乳酸颗粒组成，将四氧化三铁微粒、300目tpu、300目碳纤维、pla聚乳酸颗粒均匀融入到pla聚乳酸中，制成直径为1-3mm的磁性复合耗材。

4.根据权利要求1-2所述的热塑性材料磁控3d打印方法，其特征在于，所述的驱动轮由两个齿数为20内孔为5mm的同步轮组成。

5.根据权利要求1-2所述的热塑性材料磁控3d打印方法与装置，其特征在于，所述的充磁模块采用0.8-1.5mm漆包线紧密均匀绕制，线圈匝数为30匝，对充磁线圈施加300a脉冲电流产生强磁场，产生强磁场对磁性复合耗材中的磁性颗粒充磁。

6.根据权利要求1-2所述的磁控3d打印方法，其特征在于，所述的喷嘴采用口径为0.3-0.6mm的黄铜制作而成，轴向尺寸为30～40mm。

7.根据权利要求1-2所述的热塑性材料磁控3d打印方法，其特征在于，所述的热床采用碳硅晶玻璃，其可调温度范围为0-110℃。

技术总结本发明公开了一种磁控增强3D打印装置与方法，磁控增强3D打印设备包括驱动轮、熔融器、充磁模块、喷嘴、热床。该方法包括磁性复合耗材的制备和步骤，磁性复合耗材是将磁性颗粒Fe3O4、TPU、碳纤维嵌入到PLA聚乳酸颗粒基体中制作的。磁性复合耗材由驱动轮传送到熔融器中，耗材融化经过充磁模块从喷嘴挤出成型至热床，充磁模块安装在喷嘴处可将磁性复合耗材中的软磁颗粒定向排列，当融化后的磁性复合耗材流经充磁模块时，用磁性复合耗材中的软磁颗粒带动碳纤维按磁极方向排列，挤出后的模型随着温度降低固化成型。技术研发人员：李振坤,孙旭东受保护的技术使用者：北京交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11