我们在3D打印机上打印给定形状的磁铁

印刷小杯形

磁铁常规磁铁传统上是通过烧结制成的。这限制了它们的形状。在开发产品时，工程师和设计师必须在可用形状的磁体之间进行选择。

另一方面，近来出现了聚合物磁体（聚磁体）。它们使用磁性NdFeB粉末（粒径约45微米）和塑料或橡胶的混合物，并通过注塑成型制成。这些磁体具有几乎任意的形状。实际上，您可以预编程磁场的形状-并为您的设计制造所需形状的永磁体。这项技术已经在工业中使用，磁铁也用于各种技巧。

聚合物磁体具有缺点。由于技术和经济原因，它们由各向同性粉末制成，因此，此类磁体的力-值（BH）^max-比普通磁体的强度低两倍或更多倍。可以使用性能更好的磁粉，但是在这种情况下，失去生产这种磁体的经济意义，因为它们的成本大大增加，并且并不是每个人都需要增加（BH）^max，即强磁体。但是，这并非如此。

迄今为止，还没有用于制造具有复杂结构的聚合物磁体的分段技术。感谢维也纳技术大学的工程师，该领域的第一项工作出现了。为了制造磁体，工程师使用了3D打印（并且为了比较质量，还使用了常规注塑成型法）。


维也纳工业大学的工程师旁边是打印机，用于计算磁场的计算机，3D打印机和用于打印聚合物磁体的线材，

用于加工3D打印和注塑成型的材料是通过加工商用Neofer 25 / 60p混合物制成的。在这种粉末中，将NdFeB颗粒混入聚酰胺11中，这在显微镜照片中清晰可见。


扫描电子显微镜中的Neofer 25 / 60p粉末

聚酰胺11-具有增强弹性的结构塑料，正是您所需要的。在粉末中，NdFeB颗粒被随机混合，这导致了磁铁的各向同性。

表中显示了材料的属性：原料粉末，用于3D打印的混合物和用于铸造的混合物。



使用扫描电子显微镜进行的研究表明，Neofer 25 / 60p粉末颗粒中的NdFeB颗粒呈球形，大小约为50±20μm。对于3D打印，将材料进行初步雾化和热处理。也就是说，经过筛选和热身。然后将五毫米Neofer 25 / 60p颗粒纺成所需直径为1.75±0.1 mm的纱线。



工程师选择了Builder 3D打印机由荷兰Code P公司生产。这是一种可在市场上购买的型号，价格从最小的型号1,675欧元到最大的3,750欧元不等。科学家喜欢该模型，其工作面积为220×210×164 mm，层厚度为0.05-0.3 mm。喷嘴直径为0.4毫米。将直径为1.75毫米的线装入其中。根据经验，我们确定了表中指示的最佳打印参数。



使用这种方法，工程师可以使用预先计算的磁场打印给定形状的磁体。



磁体草案设计麦克斯韦方程的解决方案，因为与同事宏观模拟各向同性永磁体（在科学论文布鲁克纳描述1，2）。



最初，产品没有磁场，但是被磁化了-将产品放在线圈内部的磁场中，感应强度为4T。

为了检查实验结果，磁场强度和方向性，制造了带有霍尔传感器的设备，并在±130 mT的测量范围内进行了校准。可以测量磁体外部磁场的3D形状。该形状几乎与通过计算机模拟计算出的理想磁体的磁场形状一致。


沿所有轴的真实磁场和计算磁场的比较

尺寸为7×5×5.5 mm的复杂形状产品以0.1 mm高的层印刷，元件厚度为0.8 mm。最终磁体的强度表明3D打印非常适合制造形状复杂的永磁体。这样的磁体在性能上不亚于通过注射成型由相同材料制成的聚合物磁体。另外，它们的质量较小。

研究人员指出，某些设备需要特殊形状的永磁体。例如，一种磁体在一个方向上产生强磁场，但在正交方向上产生尽可能弱的磁场。

最引人注目的是，使用上述方法，我们不仅可以制造任意形状的磁体，还可以使用多种材料：从软磁性合金到硬磁性NdFeB或铁氧体合金。

具有特殊选择的磁性的材料可以在车间中本地打印任何形状的磁体，从而使您可以制造非销售磁体。并且通常用传统的生产方法不可能生产。

奥地利专家的科研成果已于2016年10月17日发表在《应用物理快报》上（doi：10.1063 / 1.4964856）。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN398713/