3D

Стивен Мур | 7 ноября 2016 г.

Ученые изготовили изотропные магниты, имеющие почти чистую форму, магниты на связке неодим-железо-бор (NdFeB) на производственном демонстрационном комплексе Министерства энергетики США в ORNL с использованием машины для аддитивного производства большой площади (BAAM). Результатом, опубликованным в Scientific Reports, стал продукт с сопоставимыми или лучшими магнитными, механическими и микроструктурными свойствами, чем магниты на связке, изготовленные с использованием традиционного литья под давлением с тем же составом.

Композитные гранулы плавятся, компаундируются и экструдируются слой за слоем, придавая желаемую форму.

Процесс аддитивного производства начался с композитных гранул, состоящих из 65 объемных процентов изотропного порошка NdFeB и 35 процентов полиамида (PA 12), произведенных компанией Magnet Applications, Inc. Гранулы плавились, компаундировались и экструдировались слой за слоем с помощью BAAM в желаемые формы. .

В то время как традиционное производство спеченных магнитов может привести к отходам материала на 30–50 процентов, аддитивное производство просто улавливает и повторно использует эти материалы практически с нулевыми отходами, говорит Паранс Парантаман, главный исследователь и руководитель группы в отделе химических наук ORNL. Проект финансировался Институтом критических материалов Министерства энергетики США (CMI).

Использование процесса, позволяющего экономить материал, особенно важно при производстве постоянных магнитов, изготовленных из неодима и диспрозия — редкоземельных элементов, которые добываются и отделяются за пределами Соединенных Штатов. Магниты NdFeB являются самыми мощными на Земле и используются во всем: от жестких дисков компьютеров и наушников до экологически чистых энергетических технологий, таких как электромобили и ветряные турбины.

По словам Парантамана, процесс печати не только экономит материалы, но и создает сложные формы, не требует инструментов и работает быстрее, чем традиционные методы впрыска, что потенциально приводит к гораздо более экономичному производственному процессу.

«Производство быстро меняется, и клиенту может потребоваться 50 различных конструкций магнитов, которые он хочет использовать», — сказал исследователь и соавтор ORNL Лин Ли. Традиционное литье под давлением потребует затрат на создание новой формы и инструментов для каждого из них, но с помощью аддитивного производства формы можно создавать просто и быстро с помощью компьютерного проектирования, объяснила она.

Будущая работа будет посвящена печати анизотропных или направленных магнитов на связке, которые сильнее, чем изотропные магниты, не имеющие предпочтительного направления намагничивания. Исследователи также изучат влияние типа связующего, содержания магнитного порошка и температуры обработки на магнитные и механические свойства напечатанных магнитов.

Алекс Кинг, директор Института критических материалов, считает, что это исследование имеет огромный потенциал. «Возможность печатать высокопрочные магниты сложной формы меняет правила игры в разработке эффективных электродвигателей и генераторов», — сказал он. «Это снимает многие ограничения, налагаемые сегодняшними методами производства».

«Эта работа продемонстрировала потенциал применения аддитивного производства для изготовления широкого спектра магнитных материалов и сборок», — сказал соавтор Джон Ормерод. «Magnet Applications и многие наши клиенты с нетерпением ждут возможности изучить коммерческое влияние этой технологии в ближайшем будущем», — заявил он.

В проекте участвовали Линг Ли, Анжелика Тирадо, Орландо Риос, Брайан Пост, Властимил Кунц, Р. Р. Лоуден и Эдгар Лара-Курцио из ORNL, а также исследователи И. К. Нлебедим и Томас Лограссо, работающие с CMI в лаборатории Эймса. Роберт Фредетт и Джон Ормерод из Magnet Applications Inc. (MAI) внесли свой вклад в проект посредством сотрудничества в области технологий MDF. Отдел перспективного производства Министерства энергетики оказывает поддержку Демонстрационному производственному комплексу ORNL, государственно-частному партнерству, направленному на взаимодействие промышленности с национальными лабораториями.

Дополнительная информация о текстовых форматах

Ознакомьтесь с нашим обзором потрясающих новых применений пластмасс и многого другого.