Bæredygtige 3D-printede supermagneter

Fra vindmøller og elektriske motorer til sensorer og magnetiske koblingssystemer, permanente magneter har mange elektriske anvendelser. Produktionen af ​​disse magneter involverer normalt sintring eller sprøjtestøbning. Men på grund af den stigende miniaturisering af elektronik og de mere krævende krav, dette sætter på magnetiske komponenter med hensyn til geometri, disse konventionelle fremstillingsmetoder kommer ofte til kort. Additive fremstillingsteknologier, imidlertid, tilbyde den nødvendige fleksibilitet i formen, muliggør produktion af magneter skræddersyet til kravene i den pågældende applikation.

Skræddersyede magneter

Forskere ved TU Graz – i samarbejde med kolleger fra universitetet i Wien og Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) samt et team fra Joanneum Research i Graz – er nu lykkedes med at fremstille supermagneter ved hjælp af laserbaserede 3-D printteknologi. Metoden bruger en pulverform af det magnetiske materiale, som påføres i lag og smeltes for at binde partiklerne, resulterer i komponenter fremstillet udelukkende af metal. Holdet af videnskabsmænd har nu udviklet processen til et stadie, hvor de er i stand til at printe magneter med en høj relativ tæthed, mens de stadig formår at kontrollere deres mikrostrukturer. "Kombinationen af ​​begge disse funktioner muliggør effektiv materialeanvendelse, fordi det betyder, at vi præcist kan skræddersy de magnetiske egenskaber i henhold til applikationen, " forklarer Siegfried Arneitz og Mateusz Skalon fra Institute of Materials Science, Joining and Forming på TU Graz.

Forskergruppens oprindelige fokus var produktionen af ​​neodym, eller NdFeB, magneter. På grund af dets kemiske egenskaber, det sjældne jordmetal neodym bruges som grundlag for mange stærke permanente magneter, som er afgørende komponenter til mange vigtige applikationer, herunder computere og smartphones. Forskerne har offentliggjort en detaljeret beskrivelse af deres arbejde i tidsskriftet Materials. I andre applikationer, såsom elektriske bremser, magnetiske afbrydere og visse elektriske motorsystemer, den stærke kraft af NdFeB-magneter er unødvendig og også uønsket.

Søg efter alternativer til sjældne jordarter

Af denne grund, Siegfried Arneitz, en ph.d. studerende ved TU Graz' Institut for Materialevidenskab, Sammenføjning og dannelse, fortsætter forskningen i 3-D-printede magneter ved at bygge videre på de hidtil opnåede resultater. Han skriver sin afhandling om 3-D print af Fe-Co (jern og kobolt) magneter. Disse magneter repræsenterer et lovende alternativ til NdFeB-magneter i to henseender:minedrift af sjældne jordarters metaller er ressourcekrævende og ikke særlig attraktivt set ud fra et bæredygtighedssynspunkt, og genanvendelse af sådanne metaller er stadig i sin vorden. Men Fe-Co-magneter er mindre skadelige for miljøet.

Sjældne jordarters metaller mister også deres magnetiske egenskaber ved højere temperaturer, mens specielle Fe-Co-legeringer bevarer deres magnetiske ydeevne ved temperaturer på 200° til 400° Celsius og udviser god temperaturstabilitet.

Arneitz er optimistisk med hensyn til sine indledende resultater:"Teoretiske beregninger har vist, at de magnetiske egenskaber af disse materialer kan forbedres med en faktor på to eller tre. I betragtning af den formfleksibilitet, som 3-D-print tilbyder, vi er sikre på, at vi kan komme tættere på dette mål. Vi vil fortsætte arbejdet med dette emne i samarbejde med forskellige andre institutter, så vi kan udvikle alternative magnetiske materialer til områder, hvor neodymmagneter ikke er nødvendige."