Nous imprimons des aimants d'une forme donnée sur une imprimante 3D

Aimant imprimé pour petite tasse Les aimants conventionnels sont traditionnellement fabriqués par frittage. Cela limite leur forme. Lors du développement de produits, les ingénieurs et les concepteurs doivent choisir entre des aimants de formes disponibles.

D'autre part, des aimants en polymère (polymagnets) sont récemment apparus. Ils utilisent un mélange de poudre magnétique NdFeB (diamètre de granule d'environ 45 microns) et de plastique ou de caoutchouc, et sont fabriqués par moulage par injection. Ces aimants ont une forme presque arbitraire. En fait, vous pouvez pré-programmer la forme du champ magnétique - et créer un aimant permanent de la forme requise juste pour votre conception. Cette technologie est déjà utilisée dans l'industrie et des aimants sont également utilisés pour diverses astuces .

Les aimants en polymère ont un inconvénient. Pour des raisons technologiques et économiques, ils sont faits de poudre isotrope, par conséquent, la valeur de force (BH) ^max - de ces aimants est deux fois ou plus inférieure à la force des aimants ordinaires. Il serait possible d'utiliser une poudre magnétique avec de meilleures propriétés, mais dans ce cas, le sens économique de produire de tels aimants est perdu, car leur coût augmente considérablement et tout le monde n'a pas besoin d' une augmentation (BH) ^max , c'est-à-dire d'un aimant puissant. Mais ce n'est pas ça.

À ce jour, il n'y avait pas de technologie par morceaux pour produire des aimants en polymère avec une structure complexe. Grâce aux ingénieurs de l'Université technique de Vienne, les premiers travaux dans ce domaine sont apparus. Pour la fabrication d'aimants, les ingénieurs ont utilisé l'impression 3D (et pour comparer la qualité, le moulage par injection conventionnel a également été utilisé).


Ingénieurs de l'Université technique de Vienne à côté d'une imprimante, d'un ordinateur pour calculer le champ magnétique, d'une imprimante 3D et d'un fil pour imprimer un aimant polymère Les

matériaux pour l'impression 3D et le moulage par injection sont fabriqués en traitant un mélange commercial Neofer 25 / 60p . Dans cette poudre, les particules de NdFeB sont mélangées dans du polyamide 11, qui est clairement visible sur la photo prise au microscope.


Poudre Neofer 25 / 60p au microscope électronique à balayage

Polyamide 11 - plastique structurel avec une élasticité accrue, exactement ce dont vous avez besoin. Dans la poudre, les granules de NdFeB sont mélangés de façon aléatoire, ce qui conduit aux propriétés isotropes de l'aimant.

Les propriétés des matériaux sont présentées dans le tableau: la poudre de départ, le mélange pour l'impression 3D et le mélange pour la coulée.



Une étude au microscope électronique à balayage a montré que les particules de NdFeB dans les granules de poudre Neofer 25 / 60p ont une forme sphérique avec une taille d'environ 50 ± 20 μm. Pour l'impression 3D, le matériau a été soumis à une atomisation préalable et à un traitement thermique. Autrement dit, tamisé et réchauffé. Des granules de Neofer 25 / 60p de cinq millimètres ont ensuite été filés en fils de diamètre souhaité de 1,75 ± 0,1 mm.



Les ingénieurs ont choisi l' imprimante 3D Builderproduit par la société néerlandaise Code P. Il s'agit d'un modèle disponible dans le commerce qui est vendu sur Internet à des prix allant de 1 675 € pour le plus petit modèle à 3 750 € pour le plus grand. Les scientifiques ont aimé le modèle avec une zone de travail de 220 × 210 × 164 mm et une épaisseur de couche de 0,05-0,3 mm. Le diamètre de la buse est de 0,4 mm. Des fils d'un diamètre de 1,75 mm y ont été chargés. Empiriquement, nous avons déterminé les paramètres d'impression optimaux indiqués dans le tableau.



En utilisant cette méthode, les ingénieurs ont imprimé un aimant d'une forme donnée avec un champ magnétique pré-calculé.



La conception de l'aimant a été calculée en résolvant les équations de Maxwell, comme décrit dans les articles scientifiques de Bruckner et ses collègues sur la simulation macroscopique d'aimants permanents isotropes ( 1 , 2 ).



Initialement, le produit n'avait pas de champ magnétique, mais il était magnétisé - il était placé à l'intérieur de la bobine dans un champ magnétique avec une induction de 4 T.

Pour vérifier les résultats de l'expérience, la force et la directivité du champ magnétique, un appareil avec un capteur Hall a été fabriqué et étalonné avec une plage de mesure de ± 130 mT. Il a permis de mesurer la forme 3D du champ magnétique à l'extérieur de l'aimant. La forme coïncidait presque avec la forme calculée du champ d'un aimant idéal à partir d'une simulation informatique.


Comparaison des champs magnétiques réels et calculés sur tous les axes

Le produit de forme complexe avec une taille de 7 × 5 × 5,5 mm est imprimé en couches de 0,1 mm de hauteur avec une épaisseur d'élément de 0,8 mm. La force de l'aimant résultant indique que l'impression 3D est bien adaptée à la fabrication d'aimants permanents aux formes complexes. De tels aimants ne sont pas inférieurs dans leurs propriétés aux aimants en polymère faits du même matériau par moulage par injection. De plus, ils ont moins de masse.

Les chercheurs notent que certains appareils nécessitent des aimants permanents d'une forme spéciale. Par exemple, un aimant qui produit un champ puissant dans une direction, mais un champ aussi faible que possible dans la direction orthogonale.

La chose la plus remarquable est qu'en utilisant la méthode décrite, nous pouvons produire des aimants non seulement de forme arbitraire, mais aussi utiliser une grande variété de matériaux: des alliages magnétiques doux aux alliages magnétiques durs NdFeB ou ferrite.

La possibilité d'imprimer localement dans votre atelier des aimants de toute forme à partir de matériaux aux propriétés magnétiques spécialement sélectionnées vous permet de fabriquer des aimants qui ne sont pas en vente. Et qui sont généralement impossibles à produire par les méthodes de production traditionnelles.

Les travaux scientifiques de spécialistes autrichiens ont été publiés le 17 octobre 2016 dans la revue Applied Physics Letters (doi: 10.1063 / 1.4964856).

Source: https://habr.com/ru/post/fr398713/