Imprimimos ímãs de uma determinada forma em uma impressora 3D

Ímã de copinho pequeno impresso Os ímãs convencionais são feitos tradicionalmente por sinterização. Isso limita sua forma. Ao desenvolver produtos, engenheiros e designers precisam escolher entre ímãs de formas disponíveis.

Por outro lado, ímãs de polímero (polímeros) surgiram recentemente. Eles usam uma mistura de pó magnético de NdFeB (diâmetro de grânulos de cerca de 45 mícrons) e plástico ou borracha e são feitos por moldagem por injeção. Esses ímãs têm uma forma quase arbitrária. De fato, você pode pré-programar a forma do campo magnético - e criar um ímã permanente da forma necessária apenas para o seu projeto. Essa tecnologia já é usada na indústria e os ímãs também são usados para vários truques .

Os ímãs de polímero têm uma desvantagem. Por razões tecnológicas e econômicas, eles são feitos de pó isotrópico; portanto, o valor da força (BH) ^máximo - desses ímãs é duas ou mais vezes menor que a força dos ímãs comuns. Seria possível usar um pó magnético com melhores propriedades, mas, neste caso, o senso econômico de produzir esses ímãs é perdido, porque o custo aumenta muito, e nem todos precisam de um aumento (BH) ^máximo , ou seja, um ímã forte. No entanto, isso não é sobre isso.

Até o momento, não havia tecnologia por partes para a produção de ímãs poliméricos com uma estrutura complexa. Graças a engenheiros da Universidade Técnica de Viena, o primeiro trabalho nesta área apareceu. Para a fabricação de ímãs, os engenheiros usaram a impressão 3D (e para comparar a qualidade, a moldagem por injeção convencional também foi usada).


Engenheiros da Universidade Técnica de Viena, ao lado de uma impressora, um computador para calcular o campo magnético, uma impressora 3D e uma rosca para imprimir um ímã polimérico. Os

materiais para moldagem por injeção e impressão 3D são feitos através do processamento de uma mistura comercial Neofer 25 / 60p . Neste pó, as partículas de NdFeB são misturadas na poliamida 11, que é claramente visível na fotografia a partir do microscópio.


Pó Neofer 25 / 60p em um microscópio eletrônico de varredura

Poliamida 11 - plástico estrutural com maior elasticidade, exatamente o que você precisa. No pó, os grânulos de NdFeB são misturados aleatoriamente, o que leva às propriedades isotrópicas do ímã.

As propriedades dos materiais são mostradas na tabela: o pó inicial, a mistura para impressão 3D e a mistura para fundição.



Um estudo usando um microscópio eletrônico de varredura mostrou que as partículas de NdFeB nos grânulos de pó Neofer 25 / 60p têm uma forma esférica com um tamanho de aproximadamente 50 ± 20 μm. Para impressão 3D, o material foi submetido a atomização preliminar e tratamento térmico. Ou seja, peneirado e aquecido. Grânulos de Neofer 25 / 60p de cinco milímetros foram então fiados em fios com o diâmetro desejado de 1,75 ± 0,1 mm.



Os engenheiros escolheram a impressora Builder 3Dproduzido pela empresa holandesa Code P. Este é um modelo disponível comercialmente vendido na Internet a preços que variam de 1.675 € para o modelo mais pequeno a 3.750 € para o maior. Os cientistas gostaram do modelo com uma área de trabalho de 220 × 210 × 164 mm e uma espessura de camada de 0,05-0,3 mm. O diâmetro do bico é de 0,4 mm. Fios com diâmetro de 1,75 mm foram carregados nele. Empiricamente, determinamos os parâmetros ideais de impressão indicados na tabela.



Usando esse método, os engenheiros imprimiram um ímã de uma determinada forma com um campo magnético pré-calculado.



O projeto do ímã foi calculado resolvendo-se as equações de Maxwell, conforme descrito nos trabalhos científicos de Bruckner e colegas sobre simulação macroscópica de ímãs permanentes isotrópicos ( 1 , 2 ).



Inicialmente, o produto não possuía um campo magnético, mas era magnetizado - era colocado dentro da bobina em um campo magnético com uma indução de 4 T.

Para verificar os resultados do experimento, a força e a diretividade do campo magnético, um dispositivo com sensor Hall foi fabricado e calibrado com uma faixa de medição de ± 130 mT. Tornou possível medir a forma 3D do campo magnético fora do ímã. A forma quase coincidiu com a forma calculada do campo de um ímã ideal a partir de uma simulação em computador.


Comparação de campos magnéticos reais e calculados em todos os eixos

O produto de formato complexo com um tamanho de 7 × 5 × 5,5 mm é impresso em camadas de 0,1 mm de altura e uma espessura de elemento de 0,8 mm. A força do ímã resultante indica que a impressão 3D é adequada para a fabricação de ímãs permanentes com formas complexas. Tais ímãs não são inferiores em suas propriedades aos ímãs de polímero feitos do mesmo material por moldagem por injeção. Além disso, eles têm menos massa.

Os pesquisadores observam que alguns dispositivos exigem ímãs permanentes de um formato especial. Por exemplo, um ímã que produz um campo forte em uma direção, mas o campo mais fraco possível na direção ortogonal.

O mais notável é que, usando o método descrito, podemos produzir ímãs não apenas de forma arbitrária, mas também usar uma grande variedade de materiais: de ligas magnéticas macias a NdFeB magnético duro ou ligas de ferrite.

A capacidade de imprimir localmente na sua oficina ímãs de qualquer formato a partir de materiais com propriedades magnéticas especialmente selecionadas permite criar ímãs que não estão à venda. E que geralmente são impossíveis de produzir pelos métodos tradicionais de produção.

O trabalho científico de especialistas austríacos foi publicado em 17 de outubro de 2016 na revista Applied Physics Letters (doi: 10.1063 / 1.4964856).

Source: https://habr.com/ru/post/pt398713/