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ReferenceField con riferimento al documento esistente

Lo stai facendo male. Dovresti salvare un riferimento ai tuoi Materials oggetto quindi passalo come argomento a Regenerators

Dimostrazione

class Materials(Document):
    title = StringField(unique=True, required=True)

class Regenerators(Document):
    material = ReferenceField(Materials, required=True)

m = Materials(title='aisi304').save()

r = Regenerators(material=m).save()

Quindi i tuoi documenti avranno questo aspetto:

> db.regenerators.find()
{
        "_id" : ObjectId("565c9d110acf4510cf1f8712"),
        "material" : ObjectId("565c9cfc0acf4510cf1f8711")
}
> db.materials.find()
{ "_id" : ObjectId("565c9cfc0acf4510cf1f8711"), "title" : "aisi304" }
> 

Se si desidera utilizzare un riferimento a un documento esistente è necessario eseguire una query utilizzando .get metodo quindi passa il riferimento come argomento a Regenerators

m = Materials.objects.get(title='aisi304')
r = Regenerators(material=m).save()