[發(fā)明專利]一種光固化輔助直寫3D打印制備永磁體的方法

有效

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• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111370217B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何健雄;李志祥;孫愛華;游良濤;劉豐華;高青青;許高杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: H01F41/02
• 分類號: H01F41/02;H01F1/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明涉及粉末冶金領(lǐng)域，公開了一種光固化輔助直寫3D打印制備永磁體的方法，包括步驟：(1)將增塑劑、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯吡咯烷酮和乙基纖維素溶解在溶劑中；(2)再加入分散劑攪拌至呈半透明膠態(tài)物質(zhì)；(3)加入永磁粉和光敏樹脂混合形成永磁漿料；(4)在紫外燈照射下，用永磁漿料在直寫打印機(jī)中打印出坯體，待坯體干燥定型后進(jìn)行后處理，得到永磁體。本發(fā)明的方法中采用多種粘接劑配方對打印漿料進(jìn)行優(yōu)化，解決直寫打印的精度問題和永磁體后處理過程中有機(jī)粘接劑難脫除的問題，獲得的永磁體碳含量低、綜合磁性能更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及粉末冶金領(lǐng)域，具體涉及一種光固化輔助直寫3D打印制備永磁體的方法。

背景技術(shù)

磁性材料是國民經(jīng)濟(jì)和軍事領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)材料之一，廣泛地應(yīng)用于航空航天、軍事技術(shù)、工業(yè)自動化、醫(yī)療健康、汽車制造、家用電器、信息通訊等領(lǐng)域。隨著節(jié)能減排政策的逐步落實(shí)和移動電子消費(fèi)品市場的快速增長，電子器件及系統(tǒng)集成度越來越高，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，智能化程度越來越高，能源利用也越來越高效。它不僅要求磁性材料本身具有高的磁性能，而且要求通過磁路結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計使磁損耗盡量低，結(jié)構(gòu)更加緊湊和高效。目前用量最大、綜合磁性能最好的釹鐵硼(NdFeB)磁性材料，由于其本身較脆，很難通過塑性變形制造復(fù)雜形狀的磁體。一般都是先制備成塊體材料，再通過機(jī)械加工的方式制造成片型、瓦型、環(huán)形或者柱形單體，然后根據(jù)設(shè)計拼接成需要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在機(jī)械加工過程中，材料利用率較低，不利于稀土這類資源的高值化利用。而且在拼接過程中，存在一些磁隙，導(dǎo)致磁性能不連續(xù)及磁損耗。

增材制造技術(shù)(俗稱3d打印)是利用計算機(jī)設(shè)計出3維虛擬實(shí)體(也稱三維模型)，再將三維模型分割成一片一片的平面加工圖案(稱為切片)，再采用加工設(shè)備以逐層堆積的方式自下而上加工每個片層，在加工過程中片層之間會通過光或熱等物理作用實(shí)時粘接起來從而形成真實(shí)的三維物體。3D打印技術(shù)可以在一臺設(shè)備上快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的零部件，優(yōu)化了加工流程，縮短了制造周期短，節(jié)省了材料，解放了加工技術(shù)對設(shè)計者的限制。將3d打印與磁性器件制造結(jié)合，可有效解決NdFeB可塑性差的問題，為傳統(tǒng)磁性器件性能優(yōu)化及新型磁性器件的開發(fā)提供重要的技術(shù)支撐。

美國橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室的Li Ning及奧地利固體物理所C.Huber等采用熔絲沉積(FDM)的方法制備磁性器件，但這種3d打印方式制備的磁體為粘結(jié)磁體，因采用較多的高分子材料作為粘接劑，磁性功能相被稀釋導(dǎo)致磁體的磁性能不高。相比粘結(jié)磁體，燒結(jié)磁體具有更高的綜合磁性能。因此研究如何將3d打印技術(shù)與燒結(jié)磁體技術(shù)結(jié)合起來，具有重要的理論研究意義和巨大的經(jīng)濟(jì)價值。

CN109676125A公開了一種3D打印制備燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法，該發(fā)明通過在釹鐵硼磁粉的表面包覆一層無氧的有機(jī)物薄膜，防止磁粉在3D打印過程中氧化，同時采用液態(tài)光敏樹脂制備打印漿料，打印過程中通過超聲震動、紫外光固化和充磁系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)磁體光固化快速成型，氧化少，具有良好的磁性能。但該發(fā)明采用的是兩步法，操作繁瑣，前期需要在在氬氣氣氛下包覆一層無機(jī)膜，膜層厚度控制工藝穩(wěn)定性較差。粘結(jié)主要靠光敏樹脂，光敏樹脂含量較高，不易于后期脫除，殘余碳會惡化磁體性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決永磁體在無氧燒結(jié)過程中有機(jī)粘接劑脫除困難的問題，提供了一種以聚乙烯醇縮丁醛為主要粘接劑的漿料配方，通過打印漿料的配方優(yōu)化，可以同時解決直寫打印的精度問題和永磁體后處理過程中有機(jī)粘接劑難脫除的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種光固化輔助直寫3D打印制備永磁體的方法，包括如下步驟：

(1)在60～150℃的溶劑中加入增塑劑、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙烯吡咯烷酮和乙基纖維素，攪拌至混合物呈透明的膠態(tài)物質(zhì)；

(2)將步驟(1)的膠態(tài)物質(zhì)冷卻，加入分散劑，繼續(xù)攪拌至均勻半透明膠態(tài)物質(zhì)；

(3)將永磁粉、光敏樹脂與步驟(2)得到的半透明膠態(tài)物質(zhì)混合，形成永磁漿料；