一种可编程磁性光固化3D打印机制造技术

一种可编程磁性光固化3D打印机，属于3D打印技术领域，本发明专利技术为解决现有3D磁化打印技术存在的问题。本发明专利技术包括协同控制的光固化系统和磁编程系统，两者交替工作，光固化系统根据预先设计3D打印件模型逐层、分区域固化树脂，磁编程系统用于对3D打印件逐层、分区域离散充磁，每层各个区域的磁粉的磁矩朝向按设定排布；光固化系统中，拔模机构和光源分别设置在底部透明的料池的上方和下方；磁编程系统包括磁头和平移机构，磁头产生点磁场，平移机构带动磁头对料池中的每层磁浆进行逐点扫描式充磁，每层扫描区域由预设模型的形状确定。待打印模型的每一层被分为多个待固化区域，每个待固化区域采用网格式划分为多个打印点，对每个打印点逐一进行打印。打印点逐一进行打印。打印点逐一进行打印。

【技术实现步骤摘要】
一种可编程磁性光固化3D打印机


[0001]本专利技术属于3D打印


技术介绍

[0002]磁性颗粒与可固化的液体材料混合均匀后形成磁浆。在外部磁场的作用下，磁浆中的磁性颗粒被磁化并趋于在磁场方向上产生一致性排列，然后使用固化技术，使磁浆固化，最终完成对材料内部磁场的编码。光固化成型技术是一种被广泛使用的3D打印技术，目前可以通过紫外光光刻、电子束曝光、面投影微立体光刻等方式实现光固化材料的固化成型。
[0003]将光固化成型技术与磁编程技术结合，可实现物体内部的精准磁化，使物体内部具有预设分布方向的磁性，生产出的物体可在外部磁场的控制下快速完成指定动作或折叠成不同形状，在仿生机器人领域、生物医学领域有应用前景。
[0004]现有的光固化磁编程技术通常将磁化过程和光固化过程分开进行，使用永磁体或脉冲磁场进行磁化。该方法不能实现材料磁化和打印的协同控制，并且该方法只能用于打印结构简单、内部磁性连续的物体，不能实现精准、三维、离散的磁编程，不能完成复杂三维结构的磁编程3D打印。虽然使用三维亥姆霍兹线圈可以产生三维、可变磁场，并能协同控制，但是由于亥姆霍兹线圈的特殊结构，只在线圈中心产生小范围均匀磁场，磁场周围有线圈遮挡，对加工工件的尺寸有较大限制，只能加工小尺寸工件。

技术实现思路

[0005]针对现有3D磁化打印技术存在的问题，本专利技术提供一种可编程磁性光固化3D打印机。
[0006]本专利技术所述一种可编程磁性光固化3D打印机，包括协同控制的光固化系统和磁编程系统，两者交替工作，光固化系统根据预先设计的3D打印件模型逐层、分区域固化树脂，磁编程系统用于对3D打印件逐层、分区域离散充磁，每层各个区域的磁粉的磁矩朝向按设定排布；
[0007]光固化系统包括料池1、拔模机构2和光源4，拔模机构2和光源4分别设置在底部透明的料池1的上方和下方；
[0008]磁编程系统包括磁头3和平移机构5，磁头3产生点磁场，平移机构5带动磁头3对料池1中的每层磁浆进行逐点扫描式充磁，每层扫描区域由预设模型的形状确定；
[0009]待打印模型的每一层被分为多个待固化区域，每个待固化区域采用网格式划分为多个打印点，对每个打印点逐一进行打印，打印固化过程为：
[0010]S1、平移机构5带动磁头3移动，对准待固化的打印点；
[0011]S2、磁头3通电产生该待固化区域预设方向的磁场，使待固化区域的磁粉的磁矩旋转并对齐外界磁场；
[0012]S3、打开光源照射待固化的打印点，使该打印点固化。
[0013]优选地，磁头(3)采用磁镊结构，由m个磁极线圈向心环绕构成，m大于或等于3；通过给不同磁极线圈输入特定方向和大小的电流，在P点产生设定大小和方向的期望磁场，对待固化的打印点进行充磁。
[0014]优选地，建立坐标系，以充磁中心为坐标原点，充磁中心为待固化的打印点P，m个磁极线圈以z轴为对称轴进行向心环绕布置，根据期望磁场的磁场强度大小和方向确定每个磁极线圈的通入电流；
[0015]当m＝4时，
[0016]磁镊的四个磁极线圈所通的电流I1～I4分别为：
[0017][0018][0019][0020][0021]其中，
[0022]B是期望磁场的磁场强度；
[0023]k1,k2是一个与磁头材料、结构、线圈匝数相关的常量；
[0024]φ为期望磁场的磁场强度方向与z轴夹角；
[0025]θ为期望磁场在xy平面中投影与x轴夹角；
[0026]α为充磁中心和某一磁镊尖端连线与z轴夹角。
[0027]优选地，还包括机架10，拔模机构2、料池1和平移机构5从上至下依次安装在机架10上。
[0028]优选地，还包括刮板6，所述刮板6设置在料池1中，沿料池1底部往复运动。
[0029]优选地，光源4采用激光光源，激光光源固定在磁头3上并跟随磁头3运动。
[0030]优选地，光源4采用LED光源组件，所述LED光源组件包括LED光源7、LCD屏幕8和聚光罩9，LED光源7设置在磁头3下方的支撑板上，聚光罩9设置于LED光源7周围用于聚光，LCD屏幕8为透明屏幕，并作为掩膜设置于磁头3上方的料池1底板下表面。
[0031]本专利技术的有益效果：本专利技术所述一种可编程磁性光固化3D打印机能实现3D打印过程中材料磁化方向随打印快速实时控制，实现精准、三维、离散磁化控制，使物体内部具有预设分布方向的磁性。使用该设备打印出的物体，在外部磁场的作用下能够实现特定的运动和变形，因此该设备可快速、灵活地制造结构复杂、功能多样的磁控软体机器人。
[0032]本专利技术磁化装置可以在小空间范围内产生的预设的磁场，在平移装置的配合下以扫描的方式对各区域进行充磁，可实现大尺寸、形状复杂工件的加工。
附图说明
[0033]图1是本专利技术所述一种可编程磁性光固化3D打印机的结构示意图；
[0034]图2是本专利技术所述一种可编程磁性光固化3D打印机的工作流程图；
[0035]图3是3D打印过程的原理分解图，其中图3(a)为待打印工件结构示意图，图3(b)为层B实例，图3(c)为图3(b)的B
‑
B剖面，图3(d)为打印a区域，图3(e)为打印b区域；
[0036]图4是磁头磁场方向示意图；
[0037]图5是两种光源设计示意图；其中图5(a)为激光光源，图5(b)为LED光源。
[0038]1、料池，2、拔模机构，3、磁头，4、光源，5、平移机构，6、刮板，7、LED光源，8、LCD屏幕，9、聚光罩，10、立架。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0041]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。
[0042]具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种可编程磁性光固化3D打印机，包括协同控制的光固化系统和磁编程系统，两者交替工作，光固化系统根据预先设计的3D打印件模型逐层、分区域固化树脂，磁编程系统用于对3D打印件逐层、分区域离散充磁，每层各个区域的磁粉的磁矩朝向按设定排布，使打印件各个区域的磁粉的磁矩朝向任意设定的方向，同时相邻区域内磁粉磁矩方向可以有较大差异而不必连续。最终得到立体的打印件。
[0043]参见图1，光固化系统包括料池1、拔模机构2和光源4，拔模机构2和光源4分别设置在底部透明的料池1的上方和下方；
[0044]磁编程系统包括磁头3和平移机构5，磁头3产生点磁场，平移机构5带动磁头3对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可编程磁性光固化3D打印机，其特征在于，包括协同控制的光固化系统和磁编程系统，两者交替工作，光固化系统根据预先设计的3D打印件模型逐层、分区域固化树脂，磁编程系统用于对3D打印件逐层、分区域离散充磁，每层各个区域的磁粉的磁矩朝向按设定排布；光固化系统包括料池(1)、拔模机构(2)和光源(4)，拔模机构(2)和光源(4)分别设置在底部透明的料池(1)的上方和下方；磁编程系统包括磁头(3)和平移机构(5)，磁头(3)产生点磁场，，平移机构(5)带动磁头(3)对料池(1)中的每层磁浆进行逐点扫描式充磁，每层扫描区域由预设模型的形状确定；待打印模型的每一层被分为多个待固化区域，每个待固化区域采用网格式划分为多个打印点，对每个打印点逐一进行打印，打印固化过程为：S1、平移机构(5)带动磁头(3)移动，对准待固化的打印点；S2、磁头(3)通电产生该待固化区域预设方向的磁场，使待固化区域的磁粉的磁矩旋转并对齐外界磁场；S3、打开光源照射待固化的打印点，使该打印点固化。2.根据权利要求1所述一种可编程磁性光固化3D打印机，其特征在于，磁头(3)采用磁镊结构，由m个磁极线圈向心环绕构成，m大于或等于3；通过给不同磁极线圈输入特定方向和大小的电流，在P点产生设定大小和方向的期望磁场，对待固化的打印点进行充磁。3.根据权利要求1所述一种可编程磁性光固化3D打印机，其特征在于，建立坐标系，以充磁中心为坐标原点，充磁中心为...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟明斯，许明辉，杨恒，林鑫，寇振宇，徐辉，黄港，高会军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：