【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及3d打印，具体而言，涉及一种旋转对偶磁场辅助dlp 3d打印装置及打印方法。
技术介绍
1、随着现代制造技术的不断发展，3d打印技术因其具有一体化成型、节约材料和制造复杂结构的优势，被广泛应用于航空航天、生物医疗、消费电子以及柔性传感器等领域。3d打印的各种材料构件需要具有优异的材料属性才能满足特定的应用场合，如高导电性、生物相容性和力学性能等，这对3d打印设备和方法提出了新的要求。
2、3d打印技术可以分为七种不同工艺：材料喷射、材料挤出、光聚合、粘结剂喷射、粉末床熔合(pbf)、能量沉积和薄片层压。从这些方法中衍生出了一些常用的3d打印聚合物基复合材料技术，如直接墨水书写(diw)、熔融沉积建模(fdm)、立体光刻(sla)、双光子聚合(tpp)、喷墨打印(ijp)。这些制造方法广泛适用于聚合物、陶瓷和复合材料的成型，在构造具有某些结构和功能的物体时，每种技术都有其优点和局限性。例如，ijp由于其高分辨率打印能力的特点，但通常仅被用于打印小尺寸零件；fdm是打印热塑性聚合物最常用的3d打印技术之一，但是打印精度低，原材料制备过程繁琐；diw采用机械挤压原理，设备简单，具有良好的聚合物选择和多材料可打印性，但同样打印精度较低，同时对打印墨水的流变性要求较高；tpp是一种基于sla相对较新的3d打印工艺，它提供了一种在三维高空间分辨率(100nm)的激活材料化学或物理过程反应，能够进行微/纳米制造，但打印构件尺寸限制在微米级；而dlp 3d打印技术，以面光投影的方式，可以实现快速和大面积制造，同时光敏树
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：
2、现有的基于永磁铁的3d打印装置，结构简单、磁场方向单一，难以得到材料性能增强的复合材料。
3、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案：
4、本专利技术提供了一种旋转对偶磁场辅助dlp 3d打印装置，所述3d打印装置包括位于中间的3d打印模块以及位于两边的相对设置的旋转磁场模块，每个旋转磁场模块均包括固定架体和固定架体上的伺服电机、驱动部件和永磁铁，所述伺服电机的动力输连接驱动部件的输入端，所述驱动部件用于带动永磁铁在固定架体内的转动。
5、进一步地，所述3d打印模块包括树脂槽、l型打印平台、直线模组、限位开关、步进电机、dlp光源、反光组件和支撑架；
6、所述支撑架包括打印模块支撑架和旋转磁场模块支撑架，所述打印模块支撑架包括底架和侧架，所述树脂槽安装在底架上端，两个所述旋转磁场模块安装于旋转磁场模块支撑架上端且相对位于树脂槽的两侧，所述l型打印平台的底部与树脂槽内腔相适应且与树脂槽底部相平行，所述直线模组包括活动连接的滑块与滑轨，所述直线模组沿竖直方向安装于侧架上，所述l型打印平台的上端与直线模组的滑块相连接，所述步进电机安装于侧架上，所述步进电机用于驱动滑块沿滑轨移动，进一步带动l型打印平台沿竖直方向的移动，所述dlp光源安装于侧架上且位于树脂槽的下方，dlp光源用于发射图案化的光，所述反光组件安装于dlp光源的前方，用于将dlp光源发射的图案化的光反射至树脂槽底部。
7、进一步地，所述3d打印模块还包括光电限位开关，所述光电限位开关安装于滑轨的一侧，用于限制首层打印完成后l型打印平台上升的位置。
8、进一步地，所述旋转磁场模块还设置有磁场稳定块，所述磁场稳定块的底部与旋转磁场模块支撑架上端相连接，所述磁场稳定块的侧壁与所述固定架体相连接。
9、进一步地，所述永磁铁为竖直安装的圆柱形永磁铁，充磁方向为径向充磁，伺服电机通过驱动部件转动，进一步带动永磁铁绕轴向转动。
10、进一步地，相对设置的两个永磁铁之间的距离为60-300mm。
11、进一步地，伺服电机的转速为不小于100转/分。
12、进一步地，所述伺服电机最低转速的确定方法为：根据圆盘状磁性颗粒在液体树脂中的受力请情况，不考虑重力矩tg的作用，考虑在稳定旋转状态下粘滞力矩tη与磁力矩tm处于平衡状态，即tη+tm＝0，将公式(1)和(2)代入到力矩平衡方程中，并根据相位滞后公式(3)，得到如公式(4)所示的临界转速阈值：
13、
14、
15、
16、
17、其中，μ0为真空磁导率，χps为磁性填料的磁导率，d为磁性层厚度，η为树脂粘度，h0为旋转磁场强度，a为磁性圆盘颗粒厚度的一半，b为磁性圆盘颗粒半径，f和f0均为佩兰摩擦系数，φp为磁性圆盘颗粒与重力方向的夹角，θ为磁场与磁性圆盘颗粒直径方向的夹角，ω为磁场旋转速度，ωc为磁场实现对齐的临界转数。
18、一种使用上述技术方案中所述的旋转对偶磁场辅助dlp 3d打印装置的3d打印方法，包括如下步骤：
19、步骤1：制备磁性树脂材料，将制备好的树脂材料放置在黑暗环境中避光保存备用；
20、步骤2：调整树脂槽两端永磁铁之间的间距以确定磁场强度，设定伺服电机旋转速度；将树脂材料放置于树脂槽内，在开始正式打印之前，开启两侧伺服电机按预设旋转速度制造旋转磁场，对磁性颗粒进行预磁化和对齐；
21、步骤3：将3d打印模型文件导入到切片软件，设置曝光时间和层厚；dlp光源通过反光组件将具有图案化的光投射到树脂槽底部，形成固化层，单层固化完成之后，步进电机驱动l型打印平台向上移动一个层厚的高度，dlp光源继续投影进行固化，循环操作，至完成整个三维模型的打印，最终得到磁性粒子定向排列的增强复合材料打印件。
22、进一步地，步骤1中所述磁性树脂材料的制备方法为：按质量份数称取formlabscleaner v4树脂86份作为基体树脂，在其中依次加入5份羰基铁粉作为磁性颗粒、1份tpo作为光引发剂、2份byk 163分散剂和6份纳米二氧化硅粉末作为流变助剂，经过搅拌和超声分散之后得到均匀分散的磁性光敏树脂。
23、相较于现有技术，本专利技术的有益效果是：
24、本专利技术一种旋转对偶磁场辅助dlp 3d打印装置及打印方法，基于永磁铁的对偶旋转磁场辅助的dlp 3d装置，可用于制造具有力学及磁性性能增强的复合材料的功能化构件，针对复杂结构具有较强的成型能力和打印精度。
25、本专利技术旋转对偶磁场dlp 3d打印装置具有维护成本低、结构简单和磁对齐效率高的优点。
26、本专利技术专利技术3d打印装置对多种类和浓度的材料体系均具有一定的适印性，为提升复合材料性能的制造提供一种新的工艺思路。
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1.一种旋转对偶磁场辅助DLP 3D打印装置，其特征在于，所述3D打印装置包括位于中间的3D打印模块以及位于两边的相对设置的旋转磁场模块，每个旋转磁场模块均包括固定架体(6)和固定架体(6)上的伺服电机(14)、驱动部件和永磁铁(4)，所述伺服电机(14)的动力输连接驱动部件的输入端，所述驱动部件用于带动永磁铁(4)在固定架体(6)内的转动。
2.根据权利要求1所述的旋转对偶磁场辅助DLP 3D打印装置，其特征在于，所述3D打印模块包括树脂槽(5)、L型打印平台(7)、直线模组(9)、限位开关(10)、步进电机(11)、DLP光源(12)、反光组件(13)和支撑架；
3.根据权利要求2所述的旋转对偶磁场辅助DLP 3D打印装置，其特征在于，所述3D打印模块还包括光电限位开关，所述光电限位开关安装于滑轨的一侧，用于限制首层打印完成后L型打印平台(7)上升的位置。
4.根据权利要求3所述的旋转对偶磁场辅助DLP 3D打印装置，其特征在于，所述旋转磁场模块还设置有磁场稳定块(3)，所述磁场稳定块(3)的底部与旋转磁场模块支撑架(2)上端相连接，所述磁
5.根据权利要求1所述的旋转对偶磁场辅助DLP 3D打印装置，其特征在于，所述永磁铁(4)为竖直安装的圆柱形永磁铁，充磁方向为径向充磁，伺服电机(14)通过驱动部件转动，进一步带动永磁铁(4)绕轴向转动。
6.根据权利要求1所述的旋转对偶磁场辅助DLP 3D打印装置，其特征在于，相对设置的两个永磁铁(4)之间的距离为60-300mm。
7.根据权利要求1所述的旋转对偶磁场辅助DLP 3D打印装置，其特征在于，伺服电机(14)的转速为不小于100转/分。
8.根据权利要求7所述的旋转对偶磁场辅助DLP 3D打印装置，其特征在于，所述伺服电机(14)最低转速的确定方法为：根据圆盘状磁性颗粒在液体树脂中的受力情况，不考虑重力矩Tg的作用，考虑在稳定旋转状态下粘滞力矩Tη与磁力矩Tm处于平衡状态，即Tη+Tm＝0，将公式(1)和(2)代入到力矩平衡方程中，并根据相位滞后公式(3)，得到如公式(4)所示的临界转速阈值：
9.一种使用上述权利要求1～8所述的旋转对偶磁场辅助DLP 3D打印装置的3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的3D打印方法，其特征在于，步骤1中所述磁性树脂材料的制备方法为：按质量份数称取Formlabs Cleaner V4树脂86份作为基体树脂，在其中依次加入5份羰基铁粉作为磁性颗粒、1份TPO作为光引发剂、2份BYK 163分散剂和6份纳米二氧化硅粉末作为流变助剂，经过搅拌和超声分散之后得到均匀分散的磁性光敏树脂。
...【技术特征摘要】
1.一种旋转对偶磁场辅助dlp 3d打印装置，其特征在于，所述3d打印装置包括位于中间的3d打印模块以及位于两边的相对设置的旋转磁场模块，每个旋转磁场模块均包括固定架体(6)和固定架体(6)上的伺服电机(14)、驱动部件和永磁铁(4)，所述伺服电机(14)的动力输连接驱动部件的输入端，所述驱动部件用于带动永磁铁(4)在固定架体(6)内的转动。
2.根据权利要求1所述的旋转对偶磁场辅助dlp 3d打印装置，其特征在于，所述3d打印模块包括树脂槽(5)、l型打印平台(7)、直线模组(9)、限位开关(10)、步进电机(11)、dlp光源(12)、反光组件(13)和支撑架；
3.根据权利要求2所述的旋转对偶磁场辅助dlp 3d打印装置，其特征在于，所述3d打印模块还包括光电限位开关，所述光电限位开关安装于滑轨的一侧，用于限制首层打印完成后l型打印平台(7)上升的位置。
4.根据权利要求3所述的旋转对偶磁场辅助dlp 3d打印装置，其特征在于，所述旋转磁场模块还设置有磁场稳定块(3)，所述磁场稳定块(3)的底部与旋转磁场模块支撑架(2)上端相连接，所述磁场稳定块(3)的侧壁与所述固定架体(6)相连接。
5.根据权利要求1所述的旋转对偶磁场辅助dlp 3d打印装置，其特征在于，所述永磁铁(4)为竖直安装的圆柱形永磁铁，充磁方向为径向充磁，伺服电...
【专利技术属性】
技术研发人员：于天宇，吴攀，郭林豪，陈明君，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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