【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及增材制造輔助，特別是一種應用于增材制造的便攜式磁操控系統及操控方法。
技術介紹
1、隨著科技的發展，功能磁性材料在多個領域展現出了廣泛的應用前景，特別是在磁驅動微機器人和磁性柔性器件等領域。然而，這些功能磁性材料的進一步應用很大程度上取決于能否制造具有特殊幾何形狀和磁化特性的結構。傳統的制造技術在處理復雜幾何形狀和內部結構時存在局限性，而增材制造(3d打印)技術憑借其能夠依據計算機模型精確成型復雜形狀與內部結構的優勢，有效地解決了這一難題。在此背景下，創新性地出現了磁場輔助3d打印技術，該技術通過集成磁操控系統，實現了對打印過程中磁性顆粒分布的精確控制，磁場輔助3d打印技術，其核心在于將3d打印的高精度逐層構建能力與磁操控系統的磁場調控相結合。這種結合不僅保留了3d打印在復雜形狀構建上的優勢，還賦予了打印件獨特的磁學性能，使其在微機器人、生物醫療、電子工程等領域展現出無限可能。磁操控系統作為磁場輔助3d打印技術的核心組成部分，具備生成和調控一定方向磁場的能力，引導打印材料中的磁性顆粒按照預設方向有序排列，從而構建出具有特定磁化分布的結構。
2、然而，目前磁場輔助3d打印技術多是將磁操控系統直接集成于特定打印設備中，這不僅增加了系統的整體復雜度，還限制了磁操控系統在不同操作平臺間的通用性與適應性。
技術實現思路
1、根據現有技術的不足，本專利技術的目的是提供一種應用于增材制造的便攜式磁操控系統及操控方法，操控系統具有便攜性、通用性以及具有產生多種磁場的能力，
2、為了解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為：
3、一種應用于增材制造的便攜式磁操控系統，包括：
4、磁場生成底座，所述磁場生成底座具有容納腔，所述磁場生成底座內設有操作平臺、z軸電磁線圈、x軸電磁線圈和y軸電磁線圈，其中
5、所述操作平臺設于容納腔中，所述操作平臺上放置有操作件；
6、所述z軸電磁線圈設置于所述容納腔中且設于操作平臺下方，所述z軸電磁線圈沿第一方向延伸以產生第一方向的磁場；
7、兩個所述x軸電磁線圈設置于容納腔內且以操作平臺為中心相對設置，且兩個所述x軸電磁線圈沿第二方向延伸以產生第二方向的磁場；
8、兩個所述y軸電磁線圈設置于容納腔內且以操作平臺為中心相對設置，且兩個所述y軸電磁線圈沿第三方向延伸以產生第三方向的磁場，第二方向和第三方向相交，第一方向與第二方向和第三方向形成的平面相交。
9、進一步地，還包括磁場生成蓋體，所述操作平臺設置在所述磁場生成蓋體底部，所述磁場生成蓋體和所述磁場生成底座可拆卸連接以使所述操作平臺可選擇地設于所述容納腔中，所述磁場生成蓋體和所述磁場生成底座均分布有多個散熱孔。
10、進一步地，所述容納腔內設有多個卡接結構，每一所述卡接結構用于與y軸電磁線圈或x軸電磁線圈卡接配合。
11、進一步地，還包括控制單元，所述控制單元包括電源、驅動器、控制器及上位機，所述電源、驅動器均與所述控制器電性連接，所述控制器與上位機電性連接，所述電源用于供電，所述驅動器包括x軸電磁線圈驅動器、y軸電磁線圈驅動器、z軸電磁線圈驅動器，所述z軸電磁線圈驅動器與所述z軸電磁線圈電性連接以驅動產生z方向的磁場，所述x軸電磁線圈驅動器與兩個所述x軸電磁線圈電性連接以驅動產生x方向的磁場，所述y軸電磁線圈驅動器與兩個所述y軸電磁線圈電性連接以驅動產生y方向的磁場，兩個所述x軸電磁線圈并聯或串聯，兩個所述y軸電磁線圈并聯或串聯，所述控制器讀取從上位機傳來的磁場參數并將磁場參數編譯為所述x軸電磁線圈驅動器、y軸電磁線圈驅動器和/或z軸電磁線圈驅動器可接收的pwm波控制信號，所述x軸電磁線圈驅動器、y軸電磁線圈驅動器和/或z軸電磁線圈根據pwm波控制信號控制所述電源輸出電流控制所述z軸電磁線圈、兩個x軸電磁線圈和/或兩個y軸電磁線圈產生磁場。
12、進一步地，所述磁場生成底座可拆卸的固定于3d打印系統或磁場操控設備中，所述3d打印系統為光固化式3d打印系統或材料擠出式3d打印系統。
13、一種應用于增材制造的便攜式磁操控方法，應用于上述的應用于增材制造的便攜式磁操控系統，包括以下步驟：
14、設定所需磁場，所需磁場為一定方向及一定大小的磁場、空間旋轉磁場或錐形螺旋磁場；
15、控制z軸電磁線圈、兩個x軸電磁線圈和/或兩個y軸電磁線圈產生所需磁場。
16、進一步地，當所需磁場為一定方向及一定大小的磁場，輸入的電流分別為：
17、
18、其中，ix、iy、iz為一定方向及一定大小的磁場下分別輸入x軸電磁線圈、y軸電磁線圈、z軸電磁線圈的電流，α1、α2、β均為線性關系系數，p0為一定方向及一定大小的磁場下的俯仰角，d0為一定方向及一定大小的磁場下的方向角。
19、進一步地，當所需磁場為空間旋轉磁場時，輸入的電流分別為：
20、
21、其中，ix′、iy′、iz′為空間旋轉磁場下輸入x軸電磁線圈、y軸電磁線圈、z軸電磁線圈的電流，p0′為空間旋轉磁場下的俯仰角，f為頻率，t為時間。
22、進一步地，當所需磁場為平面旋轉磁場時，輸入x、y軸的電流分別為：
23、
24、其中，ix′iy′為平面旋轉磁場下輸入x軸電磁線圈、y軸電磁線圈的電流，α1、α2均為線性關系系數，f為頻率，t為時間；
25、空間旋轉磁場下輸入z軸電磁線圈的電流為0。
26、進一步地，當所需磁場為錐形螺旋磁場時，使x軸和y軸的電流逐漸減小且z軸的電流逐漸增大。
27、與現有技術相比，本專利技術具有以下優點和有益效果：
28、(1)傳統的用于輔助3d打印的磁場操控系統多是與打印系統集成一體化的，提高了設備整體的復雜度，同時也削弱了磁場操控系統的場景通用性。而便攜式磁操控系統的設計則能很好的解決這一問題，整體系統可以在材料擠出式3d打印場景中使用，并且也能在光固化式3d打印場景下使用，具有較好的便攜性。
29、(2)z軸電磁線圈、兩個x軸電磁線圈和兩個y軸電磁線圈以右手系的方式布置，能產生傳統磁場操控系統不具備的多類特殊磁場，如區域近似梯度磁場、旋轉磁場、錐形螺旋磁場等，解決了傳統用于輔助3d打印的磁操控系統生成磁場類型較單一的問題。
30、(3)散熱蓋中心的圓形打印平臺下沉式布置，使其可以受到z軸電磁線圈、兩個x軸電磁線圈和兩個y軸電磁線圈的同時作用，由于距離線圈足夠近，磁場強度足以控制磁性顆粒，解決了傳統用于輔助3d打印的磁操控系統生成磁場較弱的問題。
31、(4)整體系統的設本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種應用于增材制造的便攜式磁操控系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的應用于增材制造的便攜式磁操控系統，其特征在于：
3.根據權利要求1所述的應用于增材制造的便攜式磁操控系統，其特征在于：
4.根據權利要求1所述的應用于增材制造的便攜式磁操控系統，其特征在于：
5.根據權利要求1所述的應用于增材制造的便攜式磁操控系統，其特征在于：
6.一種應用于增材制造的便攜式磁操控方法，應用于權利要求1-5任一項所述的應用于增材制造的便攜式磁操控系統，其特征在于，包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的應用于增材制造的便攜式磁操控方法，其特征在于：
8.根據權利要求6所述的應用于增材制造的便攜式磁操控方法，其特征在于：
9.根據權利要求6所述的應用于增材制造的便攜式磁操控方法，其特征在于：
10.根據權利要求8所述的應用于增材制造的便攜式磁操控方法，其特征在于：
【技術特征摘要】
1.一種應用于增材制造的便攜式磁操控系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的應用于增材制造的便攜式磁操控系統，其特征在于：
3.根據權利要求1所述的應用于增材制造的便攜式磁操控系統，其特征在于：
4.根據權利要求1所述的應用于增材制造的便攜式磁操控系統，其特征在于：
5.根據權利要求1所述的應用于增材制造的便攜式磁操控系統，其特征在于：
6.一種應用于增材制造的便攜式磁...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王乾乾，王斌，杜建勝，張皓宇，曹迎，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：
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