I ricercatori della Ural Federal University (UrFU) e della Ural Branch of the Russian Academy of Sciences stanno determinando le condizioni ottimali per la stampa 3D di magneti permanenti da composti duri a base di metalli delle terre rare. Ciò consentirà di avviare la produzione su piccola scala di magneti, di qualsiasi forma, e creare complesse configurazioni di magneti. Tali magneti sono adatti per motori elettrici in miniatura e generatori elettrici, su cui funzionano i pacemaker. Oltre a ciò, come è tipico di AM, la tecnologia riduce al minimo gli scarti di produzione e ha un ciclo produttivo più breve. Una descrizione del metodo ei risultati sperimentali sono presentati nel Journal of Magnetism and Magnetic Materials.
I magneti permanenti rimangono fonti di campo magnetico per un lungo periodo. Questa proprietà è utilizzata in un’ampia varietà di industrie e dispositivi, come la produzione di moderni motori elettrici, apparecchiature per la casa e computer e altri elettrodomestici. I metodi tradizionali di produzione dei magneti permanenti consentono solo la creazione di prodotti di grandi dimensioni e di solito hanno due poli: uno nord e uno sud.
Creare magneti complessi e piccoli non è un compito facile, scientificamente e tecnicamente, tuttavia, a quanto pare, uno dei modi più promettenti per creare parti di forma complessa da materiali magneticamente duri è con la stampa 3D. I ricercatori sono riusciti a determinare i parametri ottimali per la stampa 3D di magneti permanenti utilizzando la sinterizzazione laser selettiva e la polvere magnetica.
La stampa 3D consente di modificare le proprietà interne del magnete in quasi tutte le fasi della produzione. Ad esempio, per modificare la composizione chimica del composto, il grado di orientamento spaziale dei cristalliti e la struttura cristallografica e per influenzare la coercitività (resistenza alla smagnetizzazione).
“Realizzare piccoli magneti è un compito difficile. Ora vengono creati solo tagliando in pezzi un grande magnete, a causa della lavorazione meccanica circa la metà del materiale utilizzato si trasforma in spazzatura. Inoltre, il taglio introduce molti difetti nello strato vicino alla superficie, il che provoca un enorme deterioramento delle proprietà del magnete. Le tecnologie aggiuntive consentono di evitare ciò e di realizzare magneti complessi, ad esempio con un polo nord e due poli sud spazialmente separati, oppure un magnete con cinque poli sud e cinque poli nord contemporaneamente. Tali configurazioni sono necessarie per i pacemaker, dove è possibile assemblare il rotore di un motore elettrico solo da magneti separati al microscopio”, ha spiegato Dmitry Neznakhin,
Gli scienziati russi sono già riusciti a produrre magneti permanenti sottili (circa un millimetro) le cui proprietà sono simili a quelle dei magneti prodotti industrialmente. La base utilizzata era una polvere contenente samario, zirconio, ferro e titanio. Il composto ha caratteristiche adatte per i magneti permanenti, ma i metodi di produzione tradizionali privano il composto della maggior parte delle sue proprietà. Pertanto, i ricercatori hanno deciso di vedere se le proprietà potevano essere preservate attraverso la tecnologia di stampa 3D.
“Quando si creano magneti permanenti a base di questi composti utilizzando metodi tradizionali, le proprietà dei prodotti finiti sono lontane da quelle teoricamente previste. Abbiamo scoperto che durante la sinterizzazione di un campione, l’aggiunta di una polvere fusibile da una lega di samario, rame e cobalto consente di mantenere le caratteristiche magnetiche della polvere magnetica principale. Questa lega fonde a temperature inferiori alle proprietà del cambio di lega principale, motivo per cui il materiale finale mantiene la sua forza coercitiva e densità”, ha aggiunto Dmitry Neznakhin.
Al momento, gli scienziati stanno stabilendo le leggi di base della formazione della microstruttura e delle proprietà magnetiche dei materiali magnetici duri e stanno determinando quali materiali magnetici possono essere utilizzati per produrre magneti permanenti utilizzando l’SLS. Ciò include testare come il metodo di sinterizzazione influenzi le proprietà di un’altra base nota per i magneti: una lega di neodimio, ferro e boro. La fase successiva del lavoro sarà la produzione di magneti permanenti sfusi adatti ad applicazioni pratiche. La ricerca è stata supportata dalla Russian Science Foundation (concessione n. 21-72-10104).
