各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法
【專利摘要】各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法，包括以下步驟：將偶聯劑溶于有機溶劑中，攪拌均勻；往有機溶劑中加入磁體粉末，不斷攪拌，至有機溶劑揮發(fā)完全，使偶聯劑包裹在磁體粉末表面；將磁體粉末裝入三維打印設備的送粉缸中；將粘結劑完全溶于有機溶劑中，將有機溶劑倒入粘結劑液體盒中；開啟三維打印設備，將三維數字模型輸入到三維打印設備的控制器中；設定三維打印參數，完成永磁體的成型制造，形成成型毛坯；取出成型毛坯，進行包套處理后，再進行冷等靜壓處理；將毛坯放入烘箱中，加熱固化，最終得到各向同性粘結永磁體產品。本發(fā)明制造周期短、成本低，能制造粘結劑為熱固性粘結劑的各向同性粘結永磁體，制得的產品磁粉含量較高。
【專利說明】各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法。

【背景技術】
[0002]粘結永磁體是一種復合永磁體，通過將具有一定永磁性能的永磁材料粉末與粘結劑和其他添加劑按一定比例均勻混合，然后用壓制、擠出或注射成型等方法制成。粘結永磁體又分為各向同性磁體和各向異性磁體。各向異性磁體需要在成型過程中對磁粉施加取向磁場，使磁粉的易磁化方向一致，從而使磁體在取向方向具有優(yōu)良的磁性能。各向同性磁體則不需要在成型過程中施加磁場。粘結永磁體具有尺寸精度高、形態(tài)自由度大、機械強度高等優(yōu)點，已廣泛應用于計算機、汽車、電子等領域。
[0003]目前粘結永磁體通常采用模壓成型和注射成型二種方法來制造。中國專利CN101651037A公開了一種納米晶NdFeB高致密磁體的制備方法，磁體通過模壓成型制得。中國專利CN1808648B公開了一種稀土粘結磁體的制備方法，磁體通過注射成型制得。這二種方法都需要設計和制造模具，不但延長了產品的開發(fā)周期，而且提高了產品的成本。隨著社會的發(fā)展，粘結永磁體產品的更新換代周期越來越短，同種產品的需求數量也在不斷減少，模壓成型和注射成型這二種方法已經不能滿足粘結永磁體新產品的制造需求。
[0004]三維打印(3DP:Three_Dimens1n Printing)制造技術是一種由產品三維數字模型數據直接驅動噴射頭向平鋪好的粉末成型材料噴射液體粘結劑，使粉末逐層打印并重疊粘結成三維實體的制造技術。與傳統(tǒng)制造技術相比，三維打印制造技術無需成型模具，可根據輸入的三維模型制造出任意形狀產品，從而縮短產品的制造周期，并降低成本。中國專利CN103854844A公開了一種利用3D打印技術制備復雜形狀粘結磁體的方法，但該方法只能制造粘結劑為尼龍6、尼龍12等加熱可熔化的熱塑性粘結劑磁體，而對于采用熱固性粘結齊IJ(如:環(huán)氧樹脂)的粘結磁體則不適用。同時，該方法制造的粘結磁體磁粉含量比較低，質量百分比為70%?90%。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是，克服上述【背景技術】的不足，提供一種制造周期短、成本低的各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法，利用該方法制得的各向同性粘結永磁體的磁粉含量較高。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是，一種各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法，包括以下步驟:
(1)將偶聯劑溶于有機溶劑中，攪拌均勻；
(2)往溶有偶聯劑的有機溶劑中加入磁體粉末，不斷攪拌，至有機溶劑揮發(fā)完全，使偶聯劑包裹在磁體粉末表面；
(3)將包裹有偶聯劑的磁體粉末裝入三維打印設備的送粉缸中；
(4)將粘結劑完全溶于有機溶劑中，將溶有粘結劑的有機溶劑倒入三維打印設備的粘結劑液體盒中；
(5)開啟三維打印設備，將各向同性粘結永磁體產品的三維數字模型輸入到三維打印設備的控制器中；
(6)設定三維打印參數，按照輸入的三維數字模型完成各向同性粘結永磁體的成型制造，形成成型毛坯；
(7)從三維打印設備中取出成型毛坯，進行包套處理后，再進行冷等靜壓處理；
(8)將冷等靜壓處理后的毛坯放入烘箱中，加熱固化，最終得到各向同性粘結永磁體產品O
[0007]進一步，所述偶聯劑為鈦酸酯偶聯劑或硅烷偶聯劑。
[0008]進一步，步驟(I)和步驟(4)中，所述有機溶劑為丙酮。
[0009]進一步,步驟(2)中，所述磁體粉末為釹鐵硼粉末、釹鐵氮粉末、衫鈷磁粉末、衫鐵氮磁粉末中的任意一種。
[0010]進一步,步驟(2)中，所述磁體粉末粒徑分布范圍〈0.10mm。
[0011]進一步，步驟(3)中，所述三維打印設備采用基于3DP工藝的三維打印設備。
[0012]進一步，步驟(4)中，所述粘結劑為環(huán)氧樹脂。
[0013]進一步，步驟(4)中，所述粘結劑與有機溶劑的質量比為0.02?1:1。
[0014]進一步，步驟(6)中，所述各向同性粘結永磁體的成型制造過程如下:三維打印設備的鋪粉裝置將送粉缸中的磁體粉末平鋪在成形缸表面，溶有粘結劑的有機溶劑通過打印頭，按照三維數字模型噴射到成形缸表面，并滲透入磁體粉末中；有機溶劑迅速揮發(fā)，粘結劑在磁體粉末間隙處重新析出，并將磁體粉末相互粘結起來。
[0015]進一步，步驟(7)中，所述冷等靜壓的壓力為10MPa?200MPa，保壓時間為Imin ?1min0
[0016]進一步，步驟(8)中，所述加熱固化的溫度為120°C?200°C，加熱時間為30min?120mino
[0017]與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下:
(1)本發(fā)明無需設計和制造模具，能快速制造粘結磁體，制造周期短，成本低；
(2)本發(fā)明能制造粘結劑為熱固性粘結劑的各向同性粘結永磁體；
(3)本發(fā)明制造的各向同性粘結永磁體的磁粉含量較高，磁粉質量百分比為95.5%?98.5%。

【具體實施方式】
[0018]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0019]實施例1
(1)將6g鈦酸酯偶聯劑溶于1500g丙酮中，攪拌均勻；
(2)往溶有鈦酸酯偶聯劑的丙酮溶劑中加入3000g通過160目篩的粒徑分布范圍〈0.1Omm的釹鐵硼粉末，不斷攪拌，至丙酮揮發(fā)完全，使鈦酸酯偶聯劑包裹在釹鐵硼粉末表面；
(3)將包裹有鈦酸酯偶聯劑的釹鐵硼粉末裝入三維打印設備的送粉缸中；所述三維打印設備采用基于3DP工藝的三維打印設備； (4)將350g環(huán)氧樹脂完全溶于800g丙酮中，將溶有環(huán)氧樹脂的丙酮倒入三維打印設備的粘結劑液體盒中；
(5)開啟三維打印設備，將各向同性粘結永磁體產品的三維數字模型輸入到三維打印設備的控制器中；所述三維數字模型的數據格式為STL格式；
(6)設定三維打印參數單層層厚為0.1mm，按照輸入的三維數字模型完成各向同性粘結永磁體的成型制造，形成成型毛坯；具體過程如下:三維打印設備的鋪粉裝置將送粉缸中的釹鐵硼粉末平鋪在成形缸表面，溶有環(huán)氧樹脂的丙酮通過打印頭，按照三維數字模型噴射到成形缸表面，并滲透入釹鐵硼粉末中；丙酮迅速揮發(fā)，環(huán)氧樹脂在釹鐵硼粉末間隙處重新析出，并將釹鐵硼粉末相互粘結起來；
(7)從三維打印設備中取出成型毛坯，進行包套處理后，再進行冷等靜壓處理，設定冷等靜壓的壓力為120MPa，保壓時間為5min ；
(8)將冷等靜壓處理后的毛坯放入烘箱中，加熱固化，加熱溫度為170°C，加熱時間為80min,最終得到各向同性粘結永磁體產品。
[0020]經試驗數據證明，本實施例的單個各向同性粘結永磁體產品的生產周期為I天，而采用模壓成形或注射成形方法，僅僅模具設計及制造周期就需要5?10天，故單個各向同性粘結永磁體產品生產周期大于5天。生產成本方面，本實施無需使用模具，可節(jié)省大約5000元的模具制造費。
[0021]本實施例制得的各向同性粘結永磁體產品，磁粉質量百分比為98.5%，產品剩磁Br為0.72T，矯頑力Hcb為503.6kA/m，最大磁能積(BH)max為90.lkj/m3，滿足產品使用要求。
[0022]實施例2
(1)將30g硅烷偶聯劑溶于1500g丙酮中，攪拌均勻；
(2)往溶有硅烷偶聯劑的丙酮溶劑中加入3000g通過160目篩的粒徑分布范圍〈0.1Omm的釤鈷磁粉末，不斷攪拌，至丙酮揮發(fā)完全，使硅烷偶聯劑包裹在釤鈷磁粉末表面；
(3)將包裹有硅烷偶聯劑的釤鈷磁粉末裝入三維打印設備的送粉缸中；所述三維打印設備采用基于3DP工藝的三維打印設備；
(4)將400g環(huán)氧樹脂完全溶于100g丙酮中，將溶有環(huán)氧樹脂的丙酮倒入三維打印設備的粘結劑液體盒中；
(5)開啟三維打印設備，將各向同性粘結永磁體產品的三維數字模型輸入到三維打印設備的控制器中；所述三維數字模型的數據格式為STL格式；
(6)設定三維打印參數單層層厚為0.15mm，按照輸入的三維數字模型完成各向同性粘結永磁體的成型制造，形成成型毛坯；具體過程如下:三維打印設備的鋪粉裝置將送粉缸中的釤鈷磁粉末平鋪在成形缸表面，溶有環(huán)氧樹脂的丙酮通過打印頭，按照三維數字模型噴射到成形缸表面，并滲透入釤鈷磁粉末中；丙酮迅速揮發(fā)，環(huán)氧樹脂在釤鈷磁粉末間隙處重新析出，并將釤鈷磁粉末相互粘結起來；
(7)從三維打印設備中取出成型毛坯，進行包套處理后，再進行冷等靜壓處理，設定冷等靜壓的壓力為lOOMPa，保壓時間為5min ；
(8)將冷等靜壓處理后的毛坯放入烘箱中，加熱固化，加熱溫度為180°C，加熱時間為60min,最終得到各向同性粘結永磁體產品。
[0023]經試驗數據證明，本實施例的單個各向同性粘結永磁體產品的生產周期為I天，而采用模壓成形或注射成形方法，僅僅模具設計及制造周期就需要5?10天，故單個各向同性粘結永磁體產品生產周期大于5天。生產成本方面，本實施無需使用模具，可節(jié)省大約5000元的模具制造費。
[0024]本實施例制得的各向同性粘結永磁體產品，磁粉質量百分比為95.5%,產品剩磁Br為0.613T，矯頑力Hcb為374.7kA/m,最大磁能積(BH) max為59.2kJ/m3，滿足產品使用要求。
[0025]在實際應用中，三維打印設備可選用美國Z Corporat1n公司的Z310、Z400、Z406等系列三維打印設備。
[0026]本領域的技術人員可以對本發(fā)明實施例進行各種修改和變型，如磁體粉末還可采用釹鐵氮粉末或釤鐵氮磁粉末，粘結劑還可以為其他類型的熱固性粘結劑，如:酚醛樹脂、丙烯酸酯等，倘若這些修改和變型在本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護范圍之內。
[0027]說明書中未詳細描述的內容為本領域技術人員公知的現有技術。
【權利要求】
1.一種各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將偶聯劑溶于有機溶劑中，攪拌均勻； (2)往溶有偶聯劑的有機溶劑中加入磁體粉末，不斷攪拌，至有機溶劑揮發(fā)完全，使偶聯劑包裹在磁體粉末表面； (3)將包裹有偶聯劑的磁體粉末裝入三維打印設備的送粉缸中； (4)將粘結劑完全溶于有機溶劑中，將溶有粘結劑的有機溶劑倒入三維打印設備的粘結劑液體盒中； (5)開啟三維打印設備，將各向同性粘結永磁體產品的三維數字模型輸入到三維打印設備的控制器中； (6)設定三維打印參數，按照輸入的三維數字模型完成各向同性粘結永磁體的成型制造，形成成型毛坯； (7)從三維打印設備中取出成型毛坯，進行包套處理后，再進行冷等靜壓處理； (8)將冷等靜壓處理后的毛坯放入烘箱中，加熱固化，最終得到各向同性粘結永磁體產品O
2.如權利要求1所述的各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法，其特征在于:步驟(1)和步驟(4)中，所述有機溶劑為丙酮。
3.如權利要求1所述的各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法，其特征在于:步驟(2)中，所述磁體粉末為釹鐵硼粉末、釹鐵氮粉末、釤鈷磁粉末、釤鐵氮磁粉末中的任意一種。
4.如權利要求1所述的各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法，其特征在于:步驟(2)中，所述磁體粉末粒徑分布范圍〈0.10mm。
5.如權利要求1所述的各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法，其特征在于:步驟(3)中，所述三維打印設備采用基于3DP工藝的三維打印設備。
6.如權利要求1所述的各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法，其特征在于:步驟(4)中，所述粘結劑為環(huán)氧樹脂。
7.如權利要求1所述的各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法，其特征在于:步驟(4)中，所述粘結劑與有機溶劑的質量比為0.02?1:1。
8.如權利要求1所述的各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法，其特征在于:步驟(6)中，所述各向同性粘結永磁體的成型制造過程如下:三維打印設備的鋪粉裝置將送粉缸中的磁體粉末平鋪在成形缸表面，溶有粘結劑的有機溶劑通過打印頭，按照三維數字模型噴射到成形缸表面，并滲透入磁體粉末中；有機溶劑迅速揮發(fā)，粘結劑在磁體粉末間隙處重新析出，并將磁體粉末相互粘結起來。
9.如權利要求1所述的各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法，其特征在于:步驟(7)中，所述冷等靜壓的壓力為10MPa?200MPa，保壓時間為Imin?lOmin。
10.如權利要求1至9之一所述的各向同性粘結永磁體的三維打印制造方法，其特征在于:步驟(8)中，所述加熱固化的溫度為120°C?200°C，加熱時間為30min?120min。
【文檔編號】B22F3/00GK104384510SQ201410638285
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權日:2014年11月13日
【發(fā)明者】周朝輝, 胡盛青 申請人:湖南航天磁電有限責任公司