نقوم بطباعة مغناطيسات ذات شكل معين على طابعة ثلاثية الأبعاد

مغناطيس كوب صغير مطبوع يتم صنع المغناطيسات التقليدية عن طريق التلبد. هذا يحد من شكلها. عند تطوير المنتجات ، يجب على المهندسين والمصممين الاختيار بين مغناطيس الأشكال المتاحة.

من ناحية أخرى ، ظهرت مغناطيس البوليمر (مغناطيس البوليم) مؤخرا. يستخدمون مزيجًا من مسحوق NdFeB المغناطيسي (قطر حبيبي يبلغ حوالي 45 ميكرون) والبلاستيك أو المطاط ، ويتم تصنيعهم عن طريق صب الحقن. هذه المغناطيس لها شكل تعسفي تقريبا. في الواقع ، يمكنك برمجة شكل المجال المغناطيسي مسبقًا - وإنشاء مغناطيس دائم للشكل المطلوب فقط لتصميمك. يتم استخدام هذه التكنولوجيا بالفعل في الصناعة ، وتستخدم المغناطيس أيضًا في الحيل المختلفة .

المغناطيس البوليمر له عيب. لأسباب تكنولوجية واقتصادية ، فهي مصنوعة من مسحوق متناح ، وبالتالي ، فإن ^{الحد الأقصى} لقيمة القوة (BH) لمثل هذه المغناطيسات أقل بمرتين أو أكثر من قوة المغناطيس العادي. سيكون من الممكن استخدام مسحوق مغناطيسي بخصائص أفضل ، ولكن في هذه الحالة يتم فقدان الحس الاقتصادي لإنتاج مثل هذه المغناطيسات ، لأن تكلفتها تزداد بشكل كبير ، ولا يحتاج الجميع إلى زيادة (BH) ^{كحد أقصى} ، أي مغناطيس قوي. ومع ذلك ، هذا ليس حول ذلك.

حتى الآن ، لم تكن هناك تكنولوجيا متقطعة لإنتاج مغناطيس البوليمر مع هيكل معقد. بفضل المهندسين من جامعة فيينا التقنية ، ظهر أول عمل في هذا المجال. لتصنيع المغناطيس ، استخدم المهندسون الطباعة ثلاثية الأبعاد (ولمقارنة الجودة ، تم استخدام قولبة الحقن التقليدية أيضًا). يتم تصنيع مهندسي


جامعة فيينا التقنية بجوار طابعة ، وجهاز كمبيوتر لحساب المجال المغناطيسي ، وطابعة ثلاثية الأبعاد ، وخيط لطباعة مغناطيس بوليمر

للطباعة ثلاثية الأبعاد وقولبة الحقن عن طريق معالجة خليط Neofer 25 / 60p تجاري . في هذا المسحوق ، يتم خلط جزيئات NdFeB في بولي أميد 11 ، والذي يمكن رؤيته بوضوح في صورة المجهر.


مسحوق Neofer 25 / 60p في مجهر المسح الإلكتروني

Polyamide 11 - البلاستيك الهيكلي مع مرونة متزايدة ، ما تحتاجه. في المسحوق ، يتم خلط حبيبات ندفيب بشكل عشوائي ، مما يؤدي إلى الخصائص المتناحية للمغناطيس.

يتم عرض خصائص المواد في الجدول: مسحوق البداية وخليط الطباعة ثلاثية الأبعاد وخليط الصب.



أظهرت دراسة باستخدام مجهر المسح الإلكتروني أن جزيئات NdFeB في حبيبات مسحوق Neofer 25 / 60p لها شكل كروي بحجم حوالي 50 ± 20 ميكرومتر. بالنسبة للطباعة ثلاثية الأبعاد ، تعرضت المادة إلى الانحلال الأولي والمعالجة الحرارية. هذا هو ، منخل ودافئ. تم بعد ذلك نسج حبيبات Neofer 25 / 60p بقطر 5 ملليمترات في خيوط القطر المطلوب 1.75 ± 0.1 مم.



اختار المهندسون طابعة Builder 3Dالتي تنتجها الشركة الهولندية Code P. هذا نموذج متاح تجاريًا ويباع على الإنترنت بأسعار تتراوح من 1،675 يورو لأصغر طراز إلى 3،750 يورو لأكبر طراز. أحب العلماء النموذج بمساحة عمل 220 × 210 × 164 مم وسمك طبقة من 0.05-0.3 ملم. قطر الفوهة 0.4 مم. تم تحميل خيوط بقطر 1.75 ملم. تجريبيا ، حددنا معلمات الطباعة المثلى المشار إليها في الجدول.



باستخدام هذه الطريقة ، قام المهندسون بطباعة مغناطيس من شكل معين مع مجال مغناطيسي محسوب مسبقًا.



تم حساب تصميم المغناطيس عن طريق حل معادلات ماكسويل ، كما هو موضح في الأوراق العلمية لـ Bruckner وزملائه في المحاكاة الماكروسكوبية للمغناطيس الدائم المتناحي ( 1 ، 2 ).



في البداية ، لم يكن للمنتج مجال مغناطيسي ، ولكن تم ممغنط - تم وضعه داخل الملف في مجال مغناطيسي مع تحريض 4 T.

للتحقق من نتائج التجربة ، وقوة واتجاهية المجال المغناطيسي ، تم تصنيع ومعايرة جهاز به مستشعر Hall ومعايرته بمدى قياس يبلغ ± 130 طن متري. جعل من الممكن قياس الشكل ثلاثي الأبعاد للمجال المغناطيسي خارج المغناطيس. تزامن الشكل تقريبًا مع الشكل المحسوب لحقل مغناطيس مثالي من محاكاة الكمبيوتر.


مقارنة المجالات المغناطيسية الحقيقية والمحسوبة على طول جميع المحاور

يتم طباعة منتج الشكل المعقد بحجم 7 × 5 × 5.5 مم في طبقات بارتفاع 0.1 مم بسماكة عنصر 0.8 مم. تشير قوة المغناطيس الناتج إلى أن الطباعة ثلاثية الأبعاد مناسبة تمامًا لتصنيع مغناطيس دائم بأشكال معقدة. هذه المغناطيسات ليست أقل شأنا في خصائصها من مغناطيس البوليمر المصنوع من نفس المادة عن طريق صب الحقن. بالإضافة إلى ذلك ، لديهم كتلة أقل.

لاحظ الباحثون أن بعض الأجهزة تتطلب مغناطيسًا دائمًا له شكل خاص. على سبيل المثال ، مغناطيس ينتج مجالًا قويًا في اتجاه واحد ، ولكنه ضعيف حقل ممكن في الاتجاه المتعامد.

الشيء الأكثر بروزًا هو أنه باستخدام الطريقة الموصوفة ، يمكننا إنتاج مغناطيس ليس فقط من الشكل التعسفي ، ولكن أيضًا استخدام مجموعة متنوعة من المواد: من السبائك المغناطيسية اللينة إلى NdFeB المغناطيسية الصلبة أو سبائك الفريت.

تتيح لك القدرة على الطباعة محليًا في مغناطيس ورشة العمل الخاصة بك بأي شكل من المواد ذات الخصائص المغناطيسية المختارة خصيصًا صنع مغناطيسات ليست للبيع. والتي من المستحيل إنتاجها بطرق الإنتاج التقليدية.

تم نشر العمل العلمي للمتخصصين النمساويين في 17 أكتوبر 2016 في مجلة Applied Physics Letters (doi: 10.1063 / 1.4964856).

Source: https://habr.com/ru/post/ar398713/