【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造辅助，特别是一种应用于增材制造的便携式磁操控系统及操控方法。
技术介绍
1、随着科技的发展，功能磁性材料在多个领域展现出了广泛的应用前景，特别是在磁驱动微机器人和磁性柔性器件等领域。然而，这些功能磁性材料的进一步应用很大程度上取决于能否制造具有特殊几何形状和磁化特性的结构。传统的制造技术在处理复杂几何形状和内部结构时存在局限性，而增材制造(3d打印)技术凭借其能够依据计算机模型精确成型复杂形状与内部结构的优势，有效地解决了这一难题。在此背景下，创新性地出现了磁场辅助3d打印技术，该技术通过集成磁操控系统，实现了对打印过程中磁性颗粒分布的精确控制，磁场辅助3d打印技术，其核心在于将3d打印的高精度逐层构建能力与磁操控系统的磁场调控相结合。这种结合不仅保留了3d打印在复杂形状构建上的优势，还赋予了打印件独特的磁学性能，使其在微机器人、生物医疗、电子工程等领域展现出无限可能。磁操控系统作为磁场辅助3d打印技术的核心组成部分，具备生成和调控一定方向磁场的能力，引导打印材料中的磁性颗粒按照预设方向有序排列，从而构建出具有特定磁化分布的结构。
2、然而，目前磁场辅助3d打印技术多是将磁操控系统直接集成于特定打印设备中，这不仅增加了系统的整体复杂度，还限制了磁操控系统在不同操作平台间的通用性与适应性。
技术实现思路
1、根据现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种应用于增材制造的便携式磁操控系统及操控方法，操控系统具有便携性、通用性以及具有产生多种磁场的能力，
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种应用于增材制造的便携式磁操控系统，包括：
4、磁场生成底座，所述磁场生成底座具有容纳腔，所述磁场生成底座内设有操作平台、z轴电磁线圈、x轴电磁线圈和y轴电磁线圈，其中
5、所述操作平台设于容纳腔中，所述操作平台上放置有操作件；
6、所述z轴电磁线圈设置于所述容纳腔中且设于操作平台下方，所述z轴电磁线圈沿第一方向延伸以产生第一方向的磁场；
7、两个所述x轴电磁线圈设置于容纳腔内且以操作平台为中心相对设置，且两个所述x轴电磁线圈沿第二方向延伸以产生第二方向的磁场；
8、两个所述y轴电磁线圈设置于容纳腔内且以操作平台为中心相对设置，且两个所述y轴电磁线圈沿第三方向延伸以产生第三方向的磁场，第二方向和第三方向相交，第一方向与第二方向和第三方向形成的平面相交。
9、进一步地，还包括磁场生成盖体，所述操作平台设置在所述磁场生成盖体底部，所述磁场生成盖体和所述磁场生成底座可拆卸连接以使所述操作平台可选择地设于所述容纳腔中，所述磁场生成盖体和所述磁场生成底座均分布有多个散热孔。
10、进一步地，所述容纳腔内设有多个卡接结构，每一所述卡接结构用于与y轴电磁线圈或x轴电磁线圈卡接配合。
11、进一步地，还包括控制单元，所述控制单元包括电源、驱动器、控制器及上位机，所述电源、驱动器均与所述控制器电性连接，所述控制器与上位机电性连接，所述电源用于供电，所述驱动器包括x轴电磁线圈驱动器、y轴电磁线圈驱动器、z轴电磁线圈驱动器，所述z轴电磁线圈驱动器与所述z轴电磁线圈电性连接以驱动产生z方向的磁场，所述x轴电磁线圈驱动器与两个所述x轴电磁线圈电性连接以驱动产生x方向的磁场，所述y轴电磁线圈驱动器与两个所述y轴电磁线圈电性连接以驱动产生y方向的磁场，两个所述x轴电磁线圈并联或串联，两个所述y轴电磁线圈并联或串联，所述控制器读取从上位机传来的磁场参数并将磁场参数编译为所述x轴电磁线圈驱动器、y轴电磁线圈驱动器和/或z轴电磁线圈驱动器可接收的pwm波控制信号，所述x轴电磁线圈驱动器、y轴电磁线圈驱动器和/或z轴电磁线圈根据pwm波控制信号控制所述电源输出电流控制所述z轴电磁线圈、两个x轴电磁线圈和/或两个y轴电磁线圈产生磁场。
12、进一步地，所述磁场生成底座可拆卸的固定于3d打印系统或磁场操控设备中，所述3d打印系统为光固化式3d打印系统或材料挤出式3d打印系统。
13、一种应用于增材制造的便携式磁操控方法，应用于上述的应用于增材制造的便携式磁操控系统，包括以下步骤：
14、设定所需磁场，所需磁场为一定方向及一定大小的磁场、空间旋转磁场或锥形螺旋磁场；
15、控制z轴电磁线圈、两个x轴电磁线圈和/或两个y轴电磁线圈产生所需磁场。
16、进一步地，当所需磁场为一定方向及一定大小的磁场，输入的电流分别为：
17、
18、其中，ix、iy、iz为一定方向及一定大小的磁场下分别输入x轴电磁线圈、y轴电磁线圈、z轴电磁线圈的电流，α1、α2、β均为线性关系系数，p0为一定方向及一定大小的磁场下的俯仰角，d0为一定方向及一定大小的磁场下的方向角。
19、进一步地，当所需磁场为空间旋转磁场时，输入的电流分别为：
20、
21、其中，ix′、iy′、iz′为空间旋转磁场下输入x轴电磁线圈、y轴电磁线圈、z轴电磁线圈的电流，p0′为空间旋转磁场下的俯仰角，f为频率，t为时间。
22、进一步地，当所需磁场为平面旋转磁场时，输入x、y轴的电流分别为：
23、
24、其中，ix′iy′为平面旋转磁场下输入x轴电磁线圈、y轴电磁线圈的电流，α1、α2均为线性关系系数，f为频率，t为时间；
25、空间旋转磁场下输入z轴电磁线圈的电流为0。
26、进一步地，当所需磁场为锥形螺旋磁场时，使x轴和y轴的电流逐渐减小且z轴的电流逐渐增大。
27、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
28、(1)传统的用于辅助3d打印的磁场操控系统多是与打印系统集成一体化的，提高了设备整体的复杂度，同时也削弱了磁场操控系统的场景通用性。而便携式磁操控系统的设计则能很好的解决这一问题，整体系统可以在材料挤出式3d打印场景中使用，并且也能在光固化式3d打印场景下使用，具有较好的便携性。
29、(2)z轴电磁线圈、两个x轴电磁线圈和两个y轴电磁线圈以右手系的方式布置，能产生传统磁场操控系统不具备的多类特殊磁场，如区域近似梯度磁场、旋转磁场、锥形螺旋磁场等，解决了传统用于辅助3d打印的磁操控系统生成磁场类型较单一的问题。
30、(3)散热盖中心的圆形打印平台下沉式布置，使其可以受到z轴电磁线圈、两个x轴电磁线圈和两个y轴电磁线圈的同时作用，由于距离线圈足够近，磁场强度足以控制磁性颗粒，解决了传统用于辅助3d打印的磁操控系统生成磁场较弱的问题。
31、(4)整体系统的设本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于增材制造的便携式磁操控系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的应用于增材制造的便携式磁操控系统，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的应用于增材制造的便携式磁操控系统，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的应用于增材制造的便携式磁操控系统，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的应用于增材制造的便携式磁操控系统，其特征在于：
6.一种应用于增材制造的便携式磁操控方法，应用于权利要求1-5任一项所述的应用于增材制造的便携式磁操控系统，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的应用于增材制造的便携式磁操控方法，其特征在于：
8.根据权利要求6所述的应用于增材制造的便携式磁操控方法，其特征在于：
9.根据权利要求6所述的应用于增材制造的便携式磁操控方法，其特征在于：
10.根据权利要求8所述的应用于增材制造的便携式磁操控方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种应用于增材制造的便携式磁操控系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的应用于增材制造的便携式磁操控系统，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的应用于增材制造的便携式磁操控系统，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的应用于增材制造的便携式磁操控系统，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的应用于增材制造的便携式磁操控系统，其特征在于：
6.一种应用于增材制造的便携式磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：王乾乾，王斌，杜建胜，张皓宇，曹迎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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