一种磁场取向3D打印各向异性钕铁硼磁体的装置及方法，属于稀土永磁材料制造领域。装置包括成型腔和控制单元两部分。成型腔由电子束枪、隔热罩、粉仓、粉耙、加工台、传送装置、充磁器组成。设备特征在于：在传统3D打印设备上安置了充磁器，在加热过程之前对磁粉进行充磁取向，从而获得各向异性钕铁硼磁体。将钕铁硼主合金粉与低熔点稀土‑铜(铝)辅合金粉混合，采用铺粉形式装料，对单层粉末充磁取向；在电子束作用下，控制温度在500－900℃，使低熔点稀土‑铜(铝)辅合金熔融，而2:14:1钕铁硼主相不熔融，从而使主辅相紧密结合；重复此过程逐层累积，直至产品成型。本发明专利技术可快速制造成型，形状复杂，不需要模具，工艺稳定，操作性强，可重复性高，零有机物，省去排胶工艺。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于稀土永磁材料制造领域，特别提供了磁场取向3D打印各向异性钕铁硼磁体的装置及方法。
技术介绍
钕铁硼磁体传统成型工艺多采用模压、注射、挤出，伴随着生产中大量不同规格模具的使用，会消耗大量的成本和占地空间，并且后期的维护和维修也需要大量的人力，再加上设计和制作模具会需要较长的周期，这些就会延迟交货期或导致不能及时交货。另外，采用传统工艺成型生产的毛坯尺寸不能做到精确到位，后期还需要对其进行机加工，不利于磁体规格的变更，而且加工成本很高，同时制作超薄厚度（小于1毫米）的磁体有很大的加工难度。3D打印技术借助CAD等软件将产品结构数字化，驱动机器设备加工制造成器件。把三维结构的物体先分解成二维层状结构，逐层累加形成三维物品。原理上3D打印技术可以制造出任何复杂的结构，而且制造过程更柔性化。从下而上的堆积方式对于实现非匀致材料、功能梯度的器件更有优势。任何高性能难成型的部件均可通过“打印”方式一次性直接制造出来，不需要通过组装拼接等复杂过程来实现。此工艺流程短、全自动、可实现现场制造，制造更快速、更高效。检索3D打印钕铁硼磁体设备的相关专利，如CN201510580637.7专利公开了一种充磁式磁性材料3D冷打印装置。使用此类设备，有机物地添加不可或缺。不同类别有机物扮演了粘接剂，偶联剂，增塑剂，润滑剂等角色。磁性合金粉末间磁畴斥力作用导致了粉末在浆料中的“沉降”行为，影响成品的均匀性。该设备需要磁性合金粉与偶联剂混炼并挤压成丝状打印物料，打印过程中喷嘴温度调控直接影响了物料黏度，可能会出现供料困难的结果。因此，直接采用烧结磁粉打印出具有各向异性的钕铁硼磁体仍旧是稳定高效的制造手段。高能束熔融直接制造技术配合3D打印技术广泛应用于航空航天制造、汽车制造、医疗器械制造等领域。针对金属粉末打印，根据产品的形状和尺寸，通过3D和CAD设计，直接将CAD文件存贮为STL文件模式，再传输到设备上。高能束包含激光束，电子束和离子束，通过设备高能束的熔融过程，逐层熔化金属粉末，直接、快速制成所需要的功能性的金属产品。其特点是：不需要模具，快速制造成型；不便于测量的异性结构产品可以准确地1：1制造；可熔解高熔点金属及不同种类的金属合金；生产过程中粉末原材料回收还原率大于95%；最大限度的降低生产成本，可应用于航空、汽车、医疗器械等快速制造业领域。在此我们在电子束熔融3D打印设备上添加了充磁设备，以获得具有各向异性的磁体。
技术实现思路
本专利技术提供了一种磁场取向3D打印各向异性钕铁硼磁体的装置及方法。装置特点在于其由成型腔和控制单元两部分组成。较常规3D打印钕铁硼设备不同之处在于：在传统3D打印设备上安置了充磁器，在加热过程之前对磁粉进行充磁取向，从而获得各向异性钕铁硼磁体。一种磁场取向3D打印各向异性钕铁硼磁体的装置，装置包括成型腔和控制单元两部分；成型腔由电子束枪、隔热罩、粉仓、粉耙、加工台、传送装置、充磁器组成。其中所述电子束枪由上至下由灯丝，像散透镜，聚焦透镜，偏转透镜构成；电子束枪加热温度低于钕铁硼主相熔点；电子束枪下面是隔热罩，隔热罩上部两侧各有一个粉仓，粉仓上部为进料口与料罐对接，下部为出料口，由控制单元控制出料，出料口出有粉耙，粉耙运动将粉末铺展在加工台表面，加工台在控制单元的控制下，经由传送装置下移，右移进入充磁器中；充磁器为上下两个电磁铁，磁极面积为加工台的2-10倍，电源控制器控制磁场大于1.5T。一种采用如上所述装置磁场取向3D打印各向异性钕铁硼磁体的方法，其特征是：以电子束熔融金属方式，制备一种形状复杂的各向异性钕铁硼磁体；选取钕铁硼磁粉与低熔点稀土-铜或铝辅合金粉末的混合粉,铺粉后对单层粉末进行充磁取向；低熔点稀土-铜或铝辅合金熔融，而2:14:1钕铁硼主相不熔融，从而使主辅相紧密结合；重复此过程逐层累积，直至产品成型；具体工艺步骤为：a)装粉：一定配比的钕铁硼与低熔点稀土-铜(铝)辅合金经过粗破碎或氢破、气流磨或球磨等方法破碎至平均粒度1～5μm的粉末，混合均匀；混合后的粉末装入料罐经由料仓上部进料口置入粉仓，控制单元控制粉仓下部出料口出料，粉耙运动将粉末在加工台上铺展成型。b)磁场取向：加工台在控制单元的控制下，经由传送装置下移，右移进入充磁器中。充磁器为上下两个电磁铁，磁极面积约为加工台的2-10倍，电源控制器控制磁场大于1.5T。对单层粉末进行充磁取向。c)熔融加工：充磁后，加工台移出充磁器，根据产品的形状和尺寸，3D和CAD设计，导入文件。沿电子束加热温度范围为550℃～950℃（低于钕铁硼2:14:1主相熔点），逐渐熔化辅合金粉末，传送装置根据控制单元指令在平面内移动，熔融过程中液态辅合金起到粘接作用。加工结束后自然冷却到常温。等待供料系统供料。d)重复b,c步骤，粉末逐层累积，得到产品。所述低熔点稀土-铜(铝)辅合金，稀土是La,Ce,Pr,Nd,Tb,Dy,Ho,Gd,Y中的一种或以上；Cu,Al中选取一种或两种。其优点在于：1.过程中低熔点稀土-铜(铝)辅合金扮演了粘接剂的角色，有机物零添加，工艺简单。2.采用铺粉供料方式，操作便捷。3.直接快速制造，成型精度高，工作效率高。4.成型坯料可进行复烧，可获得烧结型磁体，也可得到强度，性能优于传统粘接磁体的类粘接磁体。附图说明附图1是本专利技术所述一种磁场取向3D打印各向异性钕铁硼磁体的装置结构示意图。附图标记说明：（1）灯丝，（2）像散透镜，（3）聚焦透镜，（4）偏转透镜，（5）隔热罩、（6）粉仓、（7）粉耙、（8）加工台、（9）传送装置、(10)电磁铁、(11)电源控制器、（12）控制单元。具体实施方式尽管参照本专利技术的下述示意性实施例对本专利技术的具体实施方式进行了详细的描述，但是应该说明的是，在不脱离本专利技术的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性的劳动的等同替换均落入本专利技术的保护范围。实施例1：1.将Nd2Fe14B和Pr68Cu32（at.%）合金铸锭破碎制得3.5μm的粉末颗粒,将5％（质量分数）的Pr68Cu32合金粉与钕铁硼粉混合均匀装入料罐，料罐与粉仓进料口对接，将粉末注入料仓，控制单元控制出料口出料，粉耙运动获得单层厚度约25微米的粉末。2.传送装置在控制单元的控制下，下移，右移至充磁器电磁铁中心位置，磁极充磁，磁场大小为1.8T。3.将充磁后的单层粉末移出充磁器，根据产品的形状和尺寸，3D和CAD设计，导入文件,电子束枪加热至900℃，电子束按照设计熔化Pr68Cu32合金粉末，加工台经由控制单元控制在平面内移动，加工结束后自然冷却至常温。新增粉末进入，重复以上步骤，粉末逐层熔化得到理想形状。实施例2：1.将Nd2Fe14B和Pr4Al合金铸锭破碎制得3.5μm的粉末颗粒,将5％（质量分数）的Pr4Al合金粉与钕铁硼粉混合均匀装入料罐，料罐与粉仓进料口对接，将粉末注入料仓，控制单元控制出料口出料，粉耙运动获得单层厚度约50微米的粉末。2.传送装置在控制单元的控制下，下移，右移至充磁器电磁铁中心位置，磁极充磁，磁场大小为1.8T。3.将充磁后的单层粉末移出充磁器，根据产品的形状和尺寸，3D和CAD设计，导入文件,电子束枪加热至900℃，电子束按照设计熔化Pr4Al合金粉末，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁场取向3D打印各向异性钕铁硼磁体的装置，其特征是：在传统3D打印设备上安置了充磁器，在加热过程之前对磁粉进行充磁取向，从而获得各向异性钕铁硼磁体；装置包括成型腔和控制单元两部分；成型腔由电子束枪、隔热罩、粉仓、粉耙、加工台、传送装置、充磁器组成。
【技术特征摘要】
1.一种磁场取向3D打印各向异性钕铁硼磁体的装置，其特征是：在传统3D打印设备上安置了充磁器，在加热过程之前对磁粉进行充磁取向，从而获得各向异性钕铁硼磁体；装置包括成型腔和控制单元两部分；成型腔由电子束枪、隔热罩、粉仓、粉耙、加工台、传送装置、充磁器组成。2.如权利要求1所述一种磁场取向3D打印各向异性钕铁硼磁体的装置，其特征在于所述电子束枪由上至下由灯丝(1)，像散透镜(2)，聚焦透镜(3)，偏转透镜(4)构成；电子束枪加热温度低于钕铁硼主相熔点；电子束枪下面是隔热罩(5)，隔热罩上部两侧各有一个粉仓(6)，粉仓上部为进料口与料罐对接，下部为出料口，由控制单元(12)控制出料，出料口出有粉耙(7)，粉耙运动将粉末铺展在加工台(8)表面，加工台在控制单元(12)的控制下，经由传送装置(9)下移，右移进入(10)充磁器中；充磁器为上下两个电磁铁，磁极面积为加工台的2-10倍，电源控制器(11)控制磁场大于1.5T。3.一种采用权利要求1或2所述装置磁场取向3D打印各向异性钕铁硼磁体的方法，其特征是：以电子束熔融金属方式，制备一种形状复杂的各向异性钕铁硼磁体；选取钕铁硼磁粉与低熔点稀土-铜或铝辅合金粉末的混合粉,铺粉后对单层粉末进行充磁取向；低熔点稀土-铜或铝...
【专利技术属性】
技术研发人员：高学绪，汤明辉，阎群，包小倩，李纪恒，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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