[發明專利]磁場取向3D打印各向異性釹鐵硼磁體的裝置及方法

有效

• 申請號: 201610954912.1
• 申請日: 2016-10-27
• 公開（公告）號: CN106571219B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 高學緒;湯明輝;閻群;包小倩;李紀恒
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01F41/02
• 分類號: H01F41/02;H01F1/057;H01F13/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明屬于稀土永磁材料制造領域，特別提供了磁場取向3D打印各向異性釹鐵硼磁體的裝置及方法。

背景技術

釹鐵硼磁體傳統成型工藝多采用模壓、注射、擠出，伴隨著生產中大量不同規格模具的使用，會消耗大量的成本和占地空間，并且后期的維護和維修也需要大量的人力，再加上設計和制作模具會需要較長的周期，這些就會延遲交貨期或導致不能及時交貨。另外，采用傳統工藝成型生產的毛坯尺寸不能做到精確到位，后期還需要對其進行機加工，不利于磁體規格的變更，而且加工成本很高，同時制作超薄厚度（小于1毫米）的磁體有很大的加工難度。

3D打印技術借助CAD等軟件將產品結構數字化，驅動機器設備加工制造成器件。把三維結構的物體先分解成二維層狀結構，逐層累加形成三維物品。原理上3D打印技術可以制造出任何復雜的結構，而且制造過程更柔性化。從下而上的堆積方式對于實現非勻致材料、功能梯度的器件更有優勢。任何高性能難成型的部件均可通過“打印”方式一次性直接制造出來，不需要通過組裝拼接等復雜過程來實現。此工藝流程短、全自動、可實現現場制造，制造更快速、更高效。

檢索3D打印釹鐵硼磁體設備的相關專利，如CN201510580637.7專利公開了一種充磁式磁性材料3D冷打印裝置。使用此類設備，有機物地添加不可或缺。不同類別有機物扮演了粘接劑，偶聯劑，增塑劑，潤滑劑等角色。磁性合金粉末間磁疇斥力作用導致了粉末在漿料中的“沉降”行為，影響成品的均勻性。該設備需要磁性合金粉與偶聯劑混煉并擠壓成絲狀打印物料，打印過程中噴嘴溫度調控直接影響了物料黏度，可能會出現供料困難的結果。因此，直接采用燒結磁粉打印出具有各向異性的釹鐵硼磁體仍舊是穩定高效的制造手段。

高能束熔融直接制造技術配合3D打印技術廣泛應用于航空航天制造、汽車制造、醫療器械制造等領域。針對金屬粉末打印，根據產品的形狀和尺寸，通過3D和CAD設計，直接將CAD文件存貯為STL文件模式，再傳輸到設備上。高能束包含激光束，電子束和離子束，通過設備高能束的熔融過程，逐層熔化金屬粉末，直接、快速制成所需要的功能性的金屬產品。其特點是：不需要模具，快速制造成型；不便于測量的異性結構產品可以準確地1：1制造；可熔解高熔點金屬及不同種類的金屬合金；生產過程中粉末原材料回收還原率大于95%；最大限度的降低生產成本，可應用于航空、汽車、醫療器械等快速制造業領域。在此我們在電子束熔融3D打印設備上添加了充磁設備，以獲得具有各向異性的磁體。

發明內容

本發明提供了一種磁場取向3D打印各向異性釹鐵硼磁體的裝置及方法。裝置特點在于其由成型腔和控制單元兩部分組成。較常規3D打印釹鐵硼設備不同之處在于：在傳統3D打印設備上安置了充磁器，在加熱過程之前對磁粉進行充磁取向，從而獲得各向異性釹鐵硼磁體。

一種磁場取向3D打印各向異性釹鐵硼磁體的裝置，裝置包括成型腔和控制單元兩部分；成型腔由電子束槍、隔熱罩、粉倉、粉耙、加工臺、傳送裝置、充磁器組成。

其中所述電子束槍由上至下由燈絲，像散透鏡，聚焦透鏡，偏轉透鏡構成；電子束槍加熱溫度低于釹鐵硼主相熔點；電子束槍下面是隔熱罩，隔熱罩上部兩側各有一個粉倉，粉倉上部為進料口與料罐對接，下部為出料口，由控制單元控制出料，出料口出有粉耙，粉耙運動將粉末鋪展在加工臺表面，加工臺在控制單元的控制下，經由傳送裝置下移，右移進入充磁器中；充磁器為上下兩個電磁鐵，磁極面積為加工臺的2-10倍，電源控制器控制磁場大于1.5T。

一種采用如上所述裝置磁場取向3D打印各向異性釹鐵硼磁體的方法，其特征是：以電子束熔融金屬方式，制備一種形狀復雜的各向異性釹鐵硼磁體；選取釹鐵硼磁粉與低熔點稀土-銅或鋁輔合金粉末的混合粉,鋪粉后對單層粉末進行充磁取向；低熔點稀土-銅或鋁輔合金熔融，而2:14:1釹鐵硼主相不熔融，從而使主輔相緊密結合；重復此過程逐層累積，直至產品成型；具體工藝步驟為：

a)裝粉：一定配比的釹鐵硼與低熔點稀土-銅(鋁)輔合金經過粗破碎或氫破、氣流磨或球磨等方法破碎至平均粒度1～5μm的粉末，混合均勻；混合后的粉末裝入料罐經由料倉上部進料口置入粉倉，控制單元控制粉倉下部出料口出料，粉耙運動將粉末在加工臺上鋪展成型。

b)磁場取向：加工臺在控制單元的控制下，經由傳送裝置下移，右移進入充磁器中。充磁器為上下兩個電磁鐵，磁極面積約為加工臺的2-10倍，電源控制器控制磁場大于1.5T。對單層粉末進行充磁取向。