Från vindkraftverk och elmotorer till sensorer och magnetiska kopplingssystem, permanentmagneter har många elektriska tillämpningar. Tillverkningen av dessa magneter innefattar vanligtvis sintring eller formsprutning. Men på grund av den ökande miniatyriseringen av elektronik och de mer krävande kraven, detta placerar på magnetiska komponenter när det gäller geometri, dessa konventionella tillverkningsmetoder kommer ofta till kort. Additiv tillverkningsteknik, dock, erbjuda den flexibilitet som krävs, möjliggör produktion av magneter som är anpassade till kraven i den aktuella applikationen.

Skräddarsydda magneter

Forskare vid TU Graz-i samarbete med kollegor från universitetet i Wien och Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) samt ett team från Joanneum Research i Graz-har nu lyckats tillverka supermagneter med hjälp av laserbaserade 3D-utskriftsteknik. Metoden använder en pulverform av det magnetiska materialet, som appliceras i lager och smälts för att binda partiklarna, resulterar i komponenter som är gjorda enbart av metall. Forskargruppen har nu utvecklat processen till ett stadium där de kan skriva ut magneter med hög relativ densitet samtidigt som de lyckas kontrollera sina mikrostrukturer. "Kombinationen av båda dessa funktioner möjliggör effektiv materialanvändning eftersom det betyder att vi exakt kan skräddarsy de magnetiska egenskaperna enligt applikationen, "förklara Siegfried Arneitz och Mateusz Skalon från Institute of Materials Science, Gå med och bilda vid TU Graz.

Forskargruppens första fokus var produktion av neodym, eller NdFeB, magneter. På grund av dess kemiska egenskaper, den sällsynta jordartsmetallen neodym används som grund för många starka permanentmagneter som är avgörande komponenter för många viktiga applikationer, inklusive datorer och smartphones. Forskarna har publicerat en detaljerad beskrivning av sitt arbete i tidskriften Materials. I andra applikationer, såsom elektriska bromsar, magnetbrytare och vissa elektriska motorsystem, den starka kraften hos NdFeB -magneter är onödig och även oönskad.

Sök efter alternativ till sällsynta jordarter

Av denna anledning, Siegfried Arneitz, en doktorsexamen student vid TU Graz's Institute of Materials Science, Gå med och bilda, fortsätter forskningen om 3D-tryckta magneter genom att bygga vidare på de resultat som hittills har uppnåtts. Han skriver sin avhandling om 3D-tryckning av Fe-Co (järn och kobolt) magneter. Dessa magneter representerar ett lovande alternativ till NdFeB -magneter i två avseenden:att bryta sällsynta jordartsmetaller är resurskrävande och inte särskilt attraktivt ur hållbarhetssynpunkt, och återvinning av sådana metaller är fortfarande i sin linda. Men Fe-Co-magneter är mindre skadliga för miljön.

Sällsynta jordartsmetaller förlorar också sina magnetiska egenskaper vid högre temperaturer, medan speciella Fe-Co-legeringar bibehåller sin magnetiska prestanda vid temperaturer på 200 ° till 400 ° Celsius och uppvisar god temperaturstabilitet.

Arneitz är positiv över sina första resultat:"Teoretiska beräkningar har visat att de magnetiska egenskaperna hos dessa material kan förbättras med en faktor två eller tre. Med tanke på flexibiliteten i form som 3D-utskrift erbjuder, Vi är övertygade om att vi kan komma närmare detta mål. Vi kommer att fortsätta arbeta med detta ämne i samarbete med olika andra institut så att vi kan utveckla alternativa magnetiska material för områden där neodymmagneter inte är nödvändiga. "