Van windturbines en elektromotoren tot sensoren en magnetische schakelsystemen, permanente magneten hebben veel elektrische toepassingen. De productie van deze magneten omvat meestal sinteren of spuitgieten. Maar door de toenemende miniaturisering van de elektronica en de hogere eisen, dit plaatst magnetische componenten in termen van geometrie, deze conventionele fabricagemethoden schieten vaak tekort. Additieve productietechnologieën, echter, bieden de vereiste vormflexibiliteit, waardoor het mogelijk is om magneten te produceren die zijn afgestemd op de eisen van de betreffende toepassing.

Op maat gemaakte magneten

Onderzoekers van de TU Graz zijn er in samenwerking met collega's van de Universiteit van Wenen en de Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) en een team van Joanneum Research in Graz nu in geslaagd supermagneten te vervaardigen met behulp van lasergebaseerde 3D-printtechnologie. De methode maakt gebruik van een poedervorm van het magnetische materiaal, die in lagen wordt aangebracht en gesmolten om de deeltjes te binden, resulterend in componenten die puur van metaal zijn gemaakt. Het team van wetenschappers heeft het proces nu ontwikkeld tot een stadium waarin ze magneten met een hoge relatieve dichtheid kunnen printen terwijl ze er toch in slagen hun microstructuren te beheersen. "De combinatie van beide eigenschappen maakt een efficiënt materiaalgebruik mogelijk omdat we de magnetische eigenschappen precies kunnen afstemmen op de toepassing. " uitleggen Siegfried Arneitz en Mateusz Skalon van het Institute of Materials Science, Deelnemen en vormen aan de TU Graz.

De initiële focus van de onderzoeksgroep was de productie van neodymium, of NdFeB, magneten. Vanwege zijn chemische eigenschappen, het zeldzame aardmetaal neodymium wordt gebruikt als basis voor veel sterke permanente magneten die cruciale componenten zijn voor tal van belangrijke toepassingen, inclusief computers en smartphones. De onderzoekers hebben een gedetailleerde beschrijving van hun werk gepubliceerd in het tijdschrift Materials. Bij andere toepassingen, zoals elektrische remmen, magnetische schakelaars en bepaalde elektrische motorsystemen, de sterke kracht van NdFeB-magneten is niet nodig en ook ongewenst.

Zoek naar alternatieven voor zeldzame aardmetalen

Om deze reden, Siegfried Arneitz, een doctoraat student aan het Institute of Materials Science van de TU Graz, Samenvoegen en vormen, zet het onderzoek naar 3D-geprinte magneten voort door voort te bouwen op de tot nu toe behaalde resultaten. Hij schrijft zijn proefschrift over het 3D printen van Fe-Co (ijzer en kobalt) magneten. Deze magneten vormen in twee opzichten een veelbelovend alternatief voor NdFeB-magneten:de winning van zeldzame aardmetalen is arbeidsintensief en niet erg aantrekkelijk vanuit het oogpunt van duurzaamheid, en het recyclen van dergelijke metalen staat nog in de kinderschoenen. Maar Fe-Co-magneten zijn minder belastend voor het milieu.

Zeldzame aardmetalen verliezen ook hun magnetische eigenschappen bij hogere temperaturen, terwijl speciale Fe-Co-legeringen hun magnetische prestaties behouden bij temperaturen van 200° tot 400° Celsius en een goede temperatuurstabiliteit vertonen.

Arneitz is optimistisch over zijn eerste bevindingen:"Theoretische berekeningen hebben aangetoond dat de magnetische eigenschappen van deze materialen met een factor twee of drie kunnen worden verbeterd. Gezien de vormflexibiliteit die 3D-printen biedt, we zijn ervan overtuigd dat we dichter bij dit doel kunnen komen. We gaan in samenwerking met verschillende andere instituten verder werken aan dit onderwerp, zodat we alternatieve magnetische materialen kunnen ontwikkelen voor gebieden waar neodymiummagneten niet nodig zijn."