基于FDM的钕铁硼磁体可控制备工艺研究.pdfVIP

摘要

随着现代粘结磁体技术的发展，其在各行各业中的应用愈发广泛，对磁体

的性能要求也越来越高。传统的烧结、注射成型等磁体制备工艺在复杂形状磁

体制备过程中面临成本高、周期长的问题，为此亟需发展新的无模磁体制备方

法。近年来，随着3D打印技术的成熟，为制造个性化高性能粘结磁体提供了新

的路径。

为了能实现复杂形状磁体的近净成形，本课题提出了基于FDM技术的钕铁

硼磁体制备方法。通过打印丝材制备，成型设备优化及工艺参数实验，实现了

异形钕铁硼磁体的可控制备。主要研究了以下内容：

研究钕铁硼磁粉和粘结剂的配比规律、混合工艺。分析不同配比、混合工

艺对材料可打印性以及磁粉颗粒的分布均匀性等的影响，优选出符合3D打印工

艺要求的材料。用螺杆挤出机进行丝材制备实验，通过调整挤出机分区域温度、

挤出速度等参数确定了不同成分丝材的挤出工艺。基于此，实现了打印丝材的

无损连续成型，并对丝材的物理化学性能进行测定。

为适应含磁粉丝材的打印需求，保证熔融材料的顺畅挤出，对打印设备的

加热模块和挤出模块进行了优化。建立了加热模块的三维数字化模型，利用

Ansys软件进行了打印丝材时的温度场仿真，改进了加热源布置形式，以获取更

为均匀的打印温度分布使其更加适应丝材打印。同时，针对含磁粉颗粒的复合

丝材打印过程中颗粒与熔融粘结剂共存的特性，对丝材进入到管径和加热熔融

过程用FLUENT软件进行多相流仿真，分析打印喷头结构形状对丝材熔融后的

流动速度和压力的影响，利用数字化模拟丝材打印挤出全过程，根据仿真数据

选出合适的喷头形状对原有喷头进行改进以满足丝材加热后的连续挤出成型，

利用实验方法验证喷头结构的改进合理性，优化3D打印机的结构设计。

开展磁体的3D打印成型工艺研究，分析了常见的FDM打印制品缺陷的成

因和工艺参数在成型过程中对磁体打印成型质量的影响，确定了合适的工艺参

数范围。基于正交试验方法，以最小制品翘曲量为目标，对3D打印工艺参数进

行优选。结果表面在打印速度为60mm/s，喷头温度为240℃，层高为0.15mm

时，可以实现较好的打印效果。

利用优选方案进行了磁体制备试验，将制备好的磁体进行充磁，对磁体的

磁性能进行了表征。以复杂曲线刃刀具磁流变钝化为应用场景，高效制备出适

配的小型磁体，实现了异形钕铁硼磁体的可控制备。

关键词：丝材制备；3D打印；磁体制备；多相流；磁性能。

Abstract

Withthedevelopmentofmodernbondedmagnettechnology,itsapplicationin

variousindustriesisbecomingmoreandmoreextensive,andtheperformance

requirementsformagnetsarebecominghigherandhigher.Traditionalmagnet

preparationprocessessuchassinteringandinjectionmoldingfacetheproblemsofhigh

costandlongcycletimeduringthepreparationofcomplexshapedmagnets,forwhich

thereisanurgentneedtodevelopnewmoldlessmagnetpreparationmethods.Inrecent

years,withthematurityof3Dprintingtechnology,itprovidesanewpathfor

manufacturingpersonalizedhigh-performancebondedmagnets.

Inordertobeabletorealizethenear-net-shapeformingofcomplexshapemagnets,

thisprojectproposesaNdF