IPC分类号：
B29C64/118 | B29C64/20 | B29C64/314 | B29C64/30 | B33Y40/10 | B33Y10/00 | B33Y40/00 | B33Y70/10
当前申请(专利权)人地址：
100044 北京市海淀区西直门外上园村3号 (北京,北京,海淀区)
工商统一社会信用代码：
1210000040088209X1
摘要：
本发明公开了一种磁控增强3D打印装置与方法，磁控增强3D打印设备包括驱动轮、熔融器、充磁模块、喷嘴、热床。该方法包括磁性复合耗材的制备和步骤，磁性复合耗材是将磁性颗粒Fe3O4、TPU、碳纤维嵌入到PLA聚乳酸颗粒基体中制作的。磁性复合耗材由驱动轮传送到熔融器中，耗材融化经过充磁模块从喷嘴挤出成型至热床，充磁模块安装在喷嘴处可将磁性复合耗材中的软磁颗粒定向排列，当融化后的磁性复合耗材流经充磁模块时，用磁性复合耗材中的软磁颗粒带动碳纤维按磁极方向排列，挤出后的模型随着温度降低固化成型。
技术问题语段：
如何在3D打印过程中实现固定方向的性能增强。
技术功效语段：
该专利文本描述了一种磁控增强的3D打印装置，其技术功效是可以利用软磁材料在磁场下带动碳纤维定向排布的特性，制作一台磁控增强的3D打印装置。
权利要求：
1.一种磁控增强3D打印装置与方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:将PLA聚乳酸粉末、四氧化三铁、TPU、碳纤维按照配比混合并搅拌均匀；
S2:启动密炼机，设置好预热温度，预热完成后，将混合好的粉末倒入密炼机内，设置好密炼机出丝速度；
S3:启动绕线机，打开冷却风扇，设置绕线机缠绕速度与密炼机挤出速度一致，炼制出磁性复合耗材；
S4:打印开始前，先将打印机熔融器预热，达到预设温度后，先将磁性复合耗材夹在驱动轮之间运送到熔融器内；
S5:打开打印机工具选项中的挤出模式，让喷嘴处有耗材挤出；
S6:将打印模型切片数据导入3D打印机，设置好温度、打印速度等工艺参数；
S7:设置模型磁畴方向分布情况，若打印磁畴方向一致的单个区域时，如果行进方向与磁畴方向一致，则有材料挤出，同时施加脉冲磁场，若行进方向与磁畴方向相反，则无材料挤出且不施加磁场；
S8:重复S7直至模型全部打印完成；
S9:完成零件打印，热床降温到安全温度后，取下零件。
2.根据权利要求1所述的一种磁控增强3D打印装置与方法：其特征在于：包括：磁性复合耗材、驱动轮、熔融器、充磁模块、喷嘴、热床；所述的磁性复合耗材通过驱动轮运送到熔融器内，所述的充磁模块安装在熔融器的下方，所述的喷嘴安装在充磁模块下方，所述的热床安装在喷嘴的下方。
3.根据权利要求1所述的磁性复合耗材由软磁颗粒四氧化三铁微粒、300目TPU、300目碳纤维、PLA聚乳酸颗粒组成，将四氧化三铁微粒、300目TPU、300目碳纤维、PLA聚乳酸颗粒均匀融入到PLA聚乳酸中，制成直径为1-3mm的磁性复合耗材。
4.根据权利要求1-2所述的热塑性材料磁控3D打印方法，其特征在于，所述的驱动轮由两个齿数为20内孔为5mm的同步轮组成。
5.根据权利要求1-2所述的热塑性材料磁控3D打印方法与装置，其特征在于，所述的充磁模块采用0.8-1.5mm漆包线紧密均匀绕制，线圈匝数为30匝，对充磁线圈施加300A脉冲电流产生强磁场，产生强磁场对磁性复合耗材中的磁性颗粒充磁。
6.根据权利要求1-2所述的磁控3D打印方法，其特征在于，所述的喷嘴采用口径为0.3-0.6mm的黄铜制作而成，轴向尺寸为30～40mm。
7.根据权利要求1-2所述的热塑性材料磁控3D打印方法，其特征在于，所述的热床采用碳硅晶玻璃，其可调温度范围为0-110℃。
技术领域：
[0001]本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种磁控增强3D打印装置。
背景技术：
[0002]林紫雄等[1]通过在3D打印装置上增设激励电源模块、导电电极等模块，对导电纤维精准控温释放内应力达到增强的效果，但是该发明不能够实现固定方向的性能增强。磁控增强3D打印装置是指利用软磁颗粒Fe3O4颗粒在充磁过程中带动碳纤维极性排列，制造出力学性能增强塑料结构。磁控增强3D打印的关键在于对熔融的磁性复合耗材充磁处理，通过磁性颗粒带动碳纤维定向排列，从而使打印结构在固定方向上实现力学性能的增强。此种方法是在PLA中混入软磁颗粒Fe3O4、TPU、碳纤维，再采用熔融沉积成型的方式进行结构制造。这种方法的关键思想是在打印过程中在挤出口处施加磁场，使磁化后的颗粒沿着施加磁场的方向带动碳纤维，从而打印的线条中的碳纤维实现极性方向的排列。这种材料打印的结构可以根据实际需求制造出特定方向的增强结构。
[0003][1]林紫雄,林文雄,黄见洪等.一种在线降低连续纤维增强复合材料3D打印应力的打印装置及打印方法[P].福建省:CN116198110A,2023-06-02.
发明内容：
[0004]本发明的目的是利用软磁材料在磁场下带动碳纤维定向排布的特性，制作一台磁控增强的3D打印装置。为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
[0005]一种磁控增强的3D打印装置，其特征在于包括磁性复合耗材、驱动轮、熔融器、充磁模块、喷嘴、热床。所述的磁性复合耗材通过驱动轮旋转运送到熔融器内，所述的充磁模块安装在熔融器的下方靠近挤出口处，所述的喷嘴安装在充磁模块下方。
[0006]磁性复合耗材由Fe3O4颗粒、TPU、碳纤维、PLA聚乳酸颗粒组成。Fe3O4颗粒可以为打印样品提供磁学特性和结构强度、TPU可以让材料紧密胶连在一起、碳纤维可以提高材料的韧性、PLA聚乳酸颗粒可以在高温融化低温迅速固化成型。磁控增强3D打印挤出装置由一个步进电机带动同步轮构成，在打印过程中两个同步轮旋转传送打印耗材，通过步进电机的正反转控制耗材的挤出与回抽。充磁装置由漆包线紧密均匀的缠绕在一个圆桶状的骨架上，将充磁装置安放在料仓的挤出口处，对线圈施加恒定磁场，线圈匝数为1000匝，电流大小为1～2A，恒定磁场使磁性颗粒带动碳纤维定向排列。热床为可加热的平台，当模型成型于沉积平台上后，加热平台有助于模块的固化成型。
[0007]本发明的热塑性材料磁控3D打印操作步骤如下：
[0008]S1：制备的磁性复合耗材，首先将Fe3O4微粒、TPU、碳纤维、PLA聚乳酸按照一定配比混合，搅拌均匀后用密炼机挤出打印所需要的磁性复合耗材。
[0009]S2：将充磁模块安装在熔融器和喷嘴之间，保证磁性复合耗材中的Fe3O4颗粒带动碳纤维定向排布。
[0010]S3：打印前首先在软件中设计模型，随后用切片软件切片导出G代码到SD卡中，插入打印机进行打印，打印过程中打开充磁模块，打印完成后冷却使模型固化。
具体实施方式：
[0014]下面结合附图对本发明做进一步详细描述，但本发明实施方式不限于此。
[0015]如图1所示，描述的是本发明磁控增强3D打印材料的制备流程，磁性复合耗材的原料包括Fe3O4颗粒、TPU、碳纤维、PLA聚乳酸颗粒。制备流程包括以下步骤：
[0016]S1：用高精度电子秤称取60克PLA粉末、25克Fe3O4颗粒、5克TPU、10克碳纤维。
[0017]S2：将称取的材料导入烧杯内，在常温下搅拌，设定转速为300rpm，搅拌15min使其均匀混合。
[0018]S3：将混合后的材料倒入密炼机中，设定温度为180～200℃。
[0019]S4：将炼出的耗材通过自动绕线机进行缠绕。
[0020]利用本发明热塑性材料磁控3D打印方法打印可以在磁场下响应的智能模型，其操作方法包括以下步骤：
[0021]S1：将制备好的磁性复合耗材通过驱动轮运送到熔融器内。
[0022]S2：调整步进电机带动同步轮使打印机喷嘴处有材料挤出。
[0023]S3：打开打印设备进行自动调平，设置打印头温度为200℃，热床温度为60℃，喷嘴直径为0.4mm，打印高度为0.4mm。打印开始前打开充磁模块，向喷嘴内部的材料施加恒定强磁场。
[0024]S4：点击开始打印，直至打印结束。
[0025]虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明和精神范围的情况下做出各种修改，这样的修改均落入由所附权利要求所限定的范围内