本发明专利技术涉及3D打印技术领域，一种动态偏向磁场辅助静电3D打印装置，包括计算机1、高压电源2、喷头挂架3、打印喷头4、接收平台6、磁场发生装置5、电流放大器7、函数发生器8、定位环9、磁极支架10、第一线圈11，计算机1通过函数发生器8控制磁场发生装置5在打印喷头4和接收平台6之间形成设定强度和方向的磁场，从而使喷出的磁性微纳纤维丝在磁场中偏移，进而在接收平台6上的打印件15上打印出设定的微纳3D结构。本发明专利技术还设计该动态偏向磁场辅助静电3D打印装置的打印方法。装置的打印方法。装置的打印方法。
【技术实现步骤摘要】
一种动态偏向磁场辅助的微纳结构静电打印装置及方法
[0001]本专利技术涉及3D打印
，特别涉及一种动态偏向磁场辅助静电3D打印装置及打印方法。
技术介绍
[0002]微纳米结构（简称微纳结构）因其特有的微纳尺度效应及便于器件小型化等优势，在柔性电子、组织工程、航空航天等领域具有广泛的应用价值。微纳3D打印技术具有直接成形、无需掩膜、选材广泛等优势，已成为微纳结构制备的重要手段。静电3D打印工艺是一种高压静电驱动的微纳结构打印方法，通过在喷头处施加高压电使聚合物材料喷射出微纳米细丝，利用接收平台的移动实现微纳结构的3D打印。在打印过程中，接收平台的移动速度制约着微纳结构的打印效率，此外，静电打印机的喷头与接收平台间有一定的距离，这导致了纤维沉积的滞后现象，因而难以精确制造出复杂的3D微纳结构。
技术实现思路
[0003]本专利技术目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种动态偏向磁场辅助静电3D打印装置及打印方法，通过动态调控喷头处的磁场的强度和方向，实现复杂微纳纤维结构和器件的高效高精度3D打印。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种动态偏向磁场辅助静电3D打印装置，包括计算机（1）、打印喷头（4）、接收平台（6），磁场发生装置（5）、函数发生器（8），通过函数发生器（8）控制磁场发生装置（5）在打印喷头（4）和接收平台（6）之间形成设定强度和方向的磁场，从而使打印喷头（4）喷出的含磁性的微纳纤维丝在磁场中进行偏移，进而在接收平台（6）上打印出设定的微纳3D结构。
[0005]所述磁场发生装置（5）包括四个相同的线圈，每个线圈的中心轴线都与打印喷头（4）的中心轴线垂直且相交，四个线圈围绕打印喷头（4）的中心轴线呈前后左右布置，四个线圈连线构成一个正方形，每个线圈都分别独自连接函数发生器（8）。所有线圈安装在同一个磁极支架（10）上，磁极支架（10）通过定位环（9）安装在喷头挂架（3）上，磁极支架（10）包括顶板，与顶板前、后、左、右四个侧面分别固定连接且垂直向下延伸的四块立板，每块立板上安装一个线圈，顶板中心位置有通孔，通孔中固定安装定位环（9）。
[0006]该动态偏向磁场辅助静电3D打印装置还包括电流放大器（7），函数发生器（8）通过电流放大器（7）分别连接每个线圈。
[0007]一种动态偏向磁场辅助静电3D打印装置的打印方法，其特征在于：包括如下步骤步骤一、将磁性纳米材料混合在聚合物溶液或熔融聚合物中，通过超声分散等方法形成均匀的复合材料，作为静电3D打印材料；步骤二、将上述材料加入至打印喷头（4）中，以1 μL/h至50 μL/h的供液速率挤出；步骤三、控制打印喷头（4）与接收平台（6）之间的距离为1 mm至20 mm，在打印喷头
（4）处施加0.1 kV至10 kV高压电，使打印喷头（4）在电场作用下喷出微纳纤维丝；步骤四、函数发生器（8）调节磁场发生装置（5）的每个线圈中电流大小和方向，进而在打印喷头（4）和接收平台（6）之间形成设定强度和方向的磁场，使得包含磁性粒子的微纳纤维丝在磁场的作用下偏移，控制接收平台（6）以1 mm/s至100 mm/s的速率移动，进而打印出设定的微纳3D结构。
[0008]所述的步骤一中的聚合物溶液或熔融聚合物为聚氧化乙烯、聚己内酯、聚乳酸、壳聚糖、丝素蛋白中的一种或者几种的混合物。
[0009]所述的步骤一中的磁性纳米材料为金属或者金属氧化物，金属为铁、钴、镍中的一种元素或合金，金属氧化物为四氧化三铁、氧化钴中的一种。
[0010]所述的步骤三中的3D微纳结构为纤维墙结构、微曲线结构、微柱状结构、微环状结构、微多边形结构中的一种或者多做结构组合。
[0011]所述磁场发生装置（5）包括四个相同的线圈，每个线圈的中心轴线都与打印喷头（4）的中心轴线垂直且相交，四个线圈围绕打印喷头（4）的中心轴线呈前后左右布置，四个线圈连线构成一个正方形，每个线圈都分别独自连接函数发生器（8），线圈与打印喷头（4）的中心轴线之间的距离为5 mm至20 mm。
[0012]本专利技术的有益效果是：传统静电打印方法通过接收平台的移动来实现微纳结构的3D打印，因而，接收平台的移动速度制约着微纳结构的打印效率，本专利技术通过函数发生器高频调控不同线圈的电流，从而快速调控喷头处磁场的方向和强度，控制磁性纤维的高频摆动，从而可实现3D微纳纤维结构的高效静电打印。
[0013]静电打印喷头与接收平台间有一定的距离（2~8mm），当接收平台移动较小的距离时（小于5 mm），微纳纤维无法实现精准沉积，因而难以通过接收平台的移动精确制造出复杂的微纳结构。本专利技术通过函数发生器精确控制不同线圈的电流，从而精确控制打印喷头处磁场的方向和强度，控制磁性的微纳米纤维丝的偏移方向和幅度，进而实现了3D微纳纤维结构的高精度静电打印。
附图说明
[0014]图1为本专利技术装置的整体结构示意图；图2为本专利技术的磁场装置的结构示意图；图3为本专利技术磁场控制纤维偏移示意图；图4为通电控制线圈中电流的一种方式；图5是通电控制线圈中电流的另一种方式；图中，1、计算机，2、高压电源，3、喷头挂架，4、打印喷头，5、磁场发生装置，6、接收平台，7、电流放大器，8、函数发生器，9、定位环，10、磁极支架，11、第一线圈，12、第二线圈，13、第三线圈、14、第四线圈，15、打印件。
具体实施方式实施例1
[0015]如图1
‑
3所示，一种动态偏向磁场辅助静电3D打印装置，包括计算机1、高压电源2、
喷头挂架3、打印喷头4、接收平台6、磁场发生装置5、电流放大器7、函数发生器8、定位环9、磁极支架10、第一线圈11，计算机1通过函数发生器8控制磁场发生装置5在打印喷头4和接收平台6之间形成设定强度和方向的磁场，从而使喷出的磁性微纳纤维丝在磁场中偏移，进而在接收平台6上的打印件15上打印出设定的微纳3D结构。
[0016]本实施例中，所述磁场发生装置5包括四个相同的线圈，四个线圈呈前后左右布置，相邻线圈连线构成一个正方形，，所有线圈都安装在磁极支架10上，磁极支架10通过定位环9安装在喷头挂架3上。定位环9由非导电材料构成，对应每个线圈缠绕在一根铁芯上，铁芯垂直于打印喷头4的中心轴线。四个线圈分别连接电流放大器7，电流放大器7连接函数发生器8，函数发生器8通过电流放大器7为每个线圈分配一个单独放大的电流信号，实时控制每个线圈产生的磁场大小，四个线圈的集体磁场叠加达到实际需要的磁场。为了便于说明，本专利中，以接收平台6的XY平面，以打印喷头4的中心轴线为Z轴，Z轴与XY平面交点为原点，建立直角坐标系。
实施例2
[0017]如图1
‑
4所示，一种动态偏向磁场辅助静电3D打印方法，包括以下步骤：1）配制质量分数为1%至20%的壳聚糖溶液，然后将5 g/mL的铁粉加入至上述聚合物溶液中，通过超声分散等方法形成均匀的复合材料，混合均匀后备用；2）将上述复合材料放置于注射器中，将材料以本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种动态偏向磁场辅助静电3D打印装置，包括计算机（1）、打印喷头（4）、接收平台（6），其特征在于：还包括磁场发生装置（5）、函数发生器（8），通过函数发生器（8）控制磁场发生装置（5）在打印喷头（4）和接收平台（6）之间形成设定强度和方向的磁场，从而使打印喷头（4）喷出的含磁性的微纳纤维丝在磁场中进行偏移，进而在接收平台（6）上打印出设定的微纳3D结构。2.根据权利要求1所述的一种动态偏向磁场辅助静电3D打印装置，其特征在于：所述磁场发生装置（5）包括四个相同的线圈，每个线圈的中心轴线都与打印喷头（4）的中心轴线垂直且相交，四个线圈围绕打印喷头（4）的中心轴线呈前后左右布置，四个线圈连线构成一个正方形，每个线圈都分别独自连接函数发生器（8）。3.根据权利要求2所述的一种动态偏向磁场辅助静电3D打印装置，其特征在于：所有线圈安装在同一个磁极支架（10）上，磁极支架（10）通过定位环（9）安装在喷头挂架（3）上，磁极支架（10）包括顶板，与顶板前、后、左、右四个侧面分别固定连接且垂直向下延伸的四块立板，每块立板上安装一个线圈，顶板中心位置有通孔，通孔中固定安装定位环（9）。4.根据权利要求2所述的一种动态偏向磁场辅助静电3D打印装置，其特征在于：该动态偏向磁场辅助静电3D打印装置还包括电流放大器（7），函数发生器（8）通过电流放大器（7）分别连接每个线圈。5.一种权利要求1中所述动态偏向磁场辅助静电3D打印装置的打印方法，其特征在于：包括如下步骤步骤一、将磁性纳米材料混合在聚合物溶液或熔融聚合物中，通过超声分散方法形成均匀的复合材料，作为静电3D打印材料；步骤二、将上述材料加入至打印喷头（4）中，以1 μL/h至50 μ...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷奇，胡银春，连小洁，黄棣，陈维毅，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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