本发明专利技术涉及一种磁驱动可控变形软材料的3D打印装置和方法，3D打印装置包括：机架、底座、三轴移动系统、打印装置和气驱动系统，3D打印方法包括先制造出硬磁颗粒和硅橡胶基质复合墨水，再通过DIW技术打印出磁性复合墨水，打印过程中采用永磁体产生的外加磁场对磁性复合墨水进行磁化，通过控制DIW打印路径实现磁化方向精准排布，在外界磁场作用下实现可控变形。与现有技术相比，本发明专利技术利用高矫顽力硬磁颗粒，采用打印路径对磁化方向精准控制，实现磁驱动可编程变形，克服了传统磁驱动材料单一变形的缺点，且制造步骤简单，响应快速，为柔性电子、生物医学设备和软机器人技术应用提供了新的可能性。新的可能性。新的可能性。
【技术实现步骤摘要】
一种磁驱动可控变形软材料的3D打印装置及方法
[0001]本专利技术涉及硬磁软材料制造
，尤其是涉及一种磁驱动可控变形软材料的3D打印装置及方法。
技术介绍
[0002]磁活性软材料在磁场的影响下，嵌入的粒子相互作用，并与聚合物基质相互作用，快速而显著地变形，同时以可控的方式改变力学性能。其在减振器、隔离器、传感器件、发动机支架和软驱动器等领域具有广泛的应用。但是目前磁驱动材料主要采用具有低矫顽力的软磁驱动，一旦外部磁场被移除，它们就不能充分保留较高的剩余磁通量。因此，这些材料的受控变形本质上仅限于在外加磁场下的简单伸长或压缩，具有变形单一的缺点。
[0003]具有高矫顽力的硬磁材料在磁场消失后仍能保持高的剩余磁通量，通过将硬磁颗粒(如钕
‑
铁硼(NdFeB))和软基质混合，可实现磁驱动下的复杂的大变形，通过对硬磁材料磁化方向的排布进行控制，可实现磁驱动的可控变形，克服了软磁材料变形单一、难以控制的难题。但目前硬磁软材料仍主要采用注模的方式进行制造，难以制造复杂结构和对磁化方向进行控制。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种磁驱动可控变形软材料的3D打印装置及方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种磁驱动可控变形软材料的3D打印装置，包括：机架、底座、三轴移动系统、打印装置和气驱动系统，所述机架设置在底座上，所述三轴移动系统均设置在所述机架上；所述打印装置设置在所述三轴移动系统上，在所述三轴移动系统的带动下进行三轴移动；所述气驱动系统，设置在所述打印装置上；
[0007]所述打印装置包括固定器、设置在固定器上的夹具和设置在夹具上的点胶针筒、环形永磁铁和磁屏蔽器，所述点胶针筒的底部连接有点胶针头，所述环形永磁铁的内环穿过点胶针头，并位于点胶针头外侧，所述磁屏蔽器位于环形永磁铁的两端，所述点胶针筒内用于存储磁性复合油墨，该复合墨水包括可磁化的钕铁硼合金微粒和气相二氧化硅纳米颗粒。
[0008]进一步地，所述机架包括下底板、左立柱、右立柱、上立柱、立柱导轨和移动导轨，所述左立柱和右立柱分别设置在下底板的两端，所述上立柱分别连接在左立柱和右立柱的顶端，所述立柱导轨的数量为多个，分别固定在左立柱和右立柱上，并与左立柱和右立柱平行；所述移动导轨的两端分别通过三轴移动系统可移动连接各个立柱导轨，所述夹具固定在移动导轨上。
[0009]进一步地，所述三轴移动系统包括X轴移动组件、Y轴移动组件和Z轴移动组件，所述X轴移动组件设置在所述移动导轨的两端，并连接所述立柱导轨，用于带动夹具沿X轴方
向移动；所述Y轴移动组件设置在下底板底部，并受底座支撑，用于带动下底板沿Y轴方向移动；所述Z轴移动组件的数量为多个，分别设置在左立柱和右立柱上，并连接对应的立柱导轨，用于通过立柱导轨带动移动导轨沿Z轴方向移动。
[0010]进一步地，所述气驱动系统包括导管、胶阀控制器和空气压缩机，所述导管的一端连接点胶针筒，另一端分别连接胶阀控制器和空气压缩机。
[0011]进一步地，所述固定器为T形的板状组件，所述夹具为F形的板状组件，所述固定器的一端垂直于移动导轨延伸，并受移动导轨固定，另一端沿竖直方向分布；所述夹具的一侧固定在固定器上，另一侧设有多个针筒固定板，各个针筒固定板均设有与点胶针筒相配合的固定孔。
[0012]本专利技术还提供一种采用如上所述的一种磁驱动可控变形软材料的3D打印装置的3D打印方法，包括以下步骤：
[0013]将可磁化的钕铁硼合金微粒和气相二氧化硅纳米颗粒嵌入在含有催化剂和交联剂的硅橡胶基质中，配置磁性复合油墨，然后将磁性复合油墨加入至点胶针筒中；
[0014]控制胶阀控制器，调节控制参数，确保系统的运行能够适应在点胶过程中发生的变化，使挤压出的磁性复合油墨均匀且稳定；
[0015]控制三轴移动系统使得3D打印装置回到预设的打印初始位置，在打印开始前，通过胶阀控制器预挤出油墨，保证初始喷嘴没有堵塞情况；
[0016]通过胶阀控制器将磁性复合油墨从点胶针筒中挤压出来，形成纤维，完成打印工作。
[0017]进一步地，所述磁性复合油墨在经过点胶针头时，位于点胶针头外侧的环形永磁铁所产生的磁场会对点胶针头内的磁性复合油墨的磁性微粒进行重新定向，实现图案化的磁极性。
[0018]进一步地，为确保系统的运行能够适应在点胶过程中发生的变化，使挤压出的磁性复合油墨均匀且稳定，所调节的胶阀控制器的控制参数包括气压、点胶模式和延迟时间。
[0019]进一步地，所述打印工作进行过程中，由三轴移动系统驱动点胶针筒相对于打印平面进行三维运动。
[0020]进一步地，所述磁性复合油墨的配置过程具体包括：
[0021]采用两种硅基材料Ecoflex 00
‑
50Part A和Ecoflex 00
‑
50Part B以1:1的体积比混合；
[0022]在混合材料中加入气相二氧化硅颗粒，重量相当于Ecoflex 00
‑
50Part B部分的12.5％，然后放入行星搅拌机中搅拌；
[0023]搅拌后再加入体积为20％的钕铁硼颗粒，重量相当于Ecoflex 00
‑
50Part B部分的287.5％，并通过行星搅拌机搅拌，静止消泡后再搅拌，使磁性颗粒均分布于基体材料中，最终完成磁性复合油墨的制备。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0025]本专利技术利用永磁铁和具有铁磁微粒的弹性体复合材料的直接墨水书写，通过在印刷时对点胶喷嘴施加磁场，改变了传统磁化的单一性，可以实现沿着施加的磁场调整粒子的方向，使印刷的细丝具有图案磁极，从而实现在软材料中编程的铁磁畴的3D打印，打印后的零件可通过磁驱动实现具有复杂的磁化方向的3D形状。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中提供的一种磁驱动可控变形软材料的3D打印装置的正视示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例中提供的一种磁驱动可控变形软材料的3D打印装置的三维示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例中提供的一种打印装置的结构分解侧面示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例中提供的一种打印装置的结构分解立体示意图；
[0030]图5为本专利技术实施例中提供的一种打印得到的爬虫机器人及其模型示意图；
[0031]图6为本专利技术实施例中提供的一种打印的爬虫机器人在磁场下的变形状态示意图；
[0032]图中，1、Z轴移动组件；2、步进电机；3、第一立柱导轨；4、左立柱；5、底座；6、下底板；7、Y轴移动组件；8、点胶针头；9、磁屏蔽器；10、环形永磁铁；11、点胶针筒；12、X轴移动组件；13、夹具；14、固定器；15、第二立柱导轨；16、右立柱；17、上立柱；18、移动导轨。
具体实施方式
[0033]为使本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种磁驱动可控变形软材料的3D打印装置，其特征在于，包括：机架、底座(5)、三轴移动系统、打印装置和气驱动系统，所述机架设置在底座(5)上，所述三轴移动系统均设置在所述机架上；所述打印装置设置在所述三轴移动系统上，在所述三轴移动系统的带动下进行三轴移动；所述气驱动系统，设置在所述打印装置上；所述打印装置包括固定器(14)、设置在固定器(14)上的夹具(13)和设置在夹具(13)上的点胶针筒(11)、环形永磁铁(10)和磁屏蔽器(9)，所述点胶针筒(11)的底部连接有点胶针头(8)，所述环形永磁铁(10)的内环穿过点胶针头(8)，并位于点胶针头(8)外侧，所述磁屏蔽器(9)位于环形永磁铁(10)的两端，所述点胶针筒(11)内用于存储磁性复合油墨，该复合墨水包括可磁化的钕铁硼合金微粒和气相二氧化硅纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的一种磁驱动可控变形软材料的3D打印装置，其特征在于，所述机架包括下底板(6)、左立柱(4)、右立柱(16)、上立柱(17)、立柱导轨和移动导轨(18)，所述左立柱(4)和右立柱(16)分别设置在下底板(6)的两端，所述上立柱(17)分别连接在左立柱(4)和右立柱(16)的顶端，所述立柱导轨的数量为多个，分别固定在左立柱(4)和右立柱(16)上，并与左立柱(4)和右立柱(16)平行；所述移动导轨(18)的两端分别通过三轴移动系统可移动连接各个立柱导轨，所述夹具(13)固定在移动导轨(18)上。3.根据权利要求2所述的一种磁驱动可控变形软材料的3D打印装置，其特征在于，所述三轴移动系统包括X轴移动组件(12)、Y轴移动组件(7)和Z轴移动组件(1)，所述X轴移动组件(12)设置在所述移动导轨(18)的两端，并连接所述立柱导轨，用于带动夹具(13)沿X轴方向移动；所述Y轴移动组件(7)设置在下底板(6)底部，并受底座(5)支撑，用于带动下底板(6)沿Y轴方向移动；所述Z轴移动组件(1)的数量为多个，分别设置在左立柱(4)和右立柱(16)上，并连接对应的立柱导轨，用于通过立柱导轨带动移动导轨(18)沿Z轴方向移动。4.根据权利要求1所述的一种磁驱动可控变形软材料的3D打印装置，其特征在于，所述气驱动系统包括导管、胶阀控制器和空气压缩机，所述导管的一端连接点胶针筒(11)，另一端分别连接胶阀控制器和空气压缩机。5.根据权利要求1所述的一种磁驱动可控变形软材料的3D打印装置，其特征在于，所述固定器(14)为T形的板...
【专利技术属性】
技术研发人员：王东，王睿宸，朱子潇，王金强，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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