運(yùn)用3D打印技術(shù)打印永久磁體

近日，奧地利TU Wien研究人員研發(fā)出一種使用3D打印機(jī)制造永久磁體的方法。該方法允許在精確控制磁場(chǎng)的情況下采用3D打印技術(shù)打印磁鐵。同時(shí)該方法特別適用于磁傳感器和其他設(shè)備。

然而，到目前為止，3D打印機(jī)很難打造真實(shí)、準(zhǔn)確的3D打印磁體。為了控制磁體的磁場(chǎng)，磁體必須具有復(fù)雜的幾何形狀。這種形狀可以使用CAD軟件設(shè)計(jì)，但是制造實(shí)際的3D打印作品仍然相當(dāng)困難。

“磁場(chǎng)的強(qiáng)度不是唯一的因素。”TU Wien先進(jìn)磁感應(yīng)和磁材料實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人 DieterSuss闡述道：“我們經(jīng)常需要特殊的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)線以非常特定的方式排列，例如在一個(gè)方向上相對(duì)恒定但在另一個(gè)方向上強(qiáng)度變化的磁場(chǎng)?！?/p>

產(chǎn)生這種磁體的傳統(tǒng)方式是通過使用注塑成型技術(shù)，其工藝原理是將材料注射到形狀類似于所需物體的倒置模具中。然而，創(chuàng)建模具本身是一個(gè)耗時(shí)的過程，而且經(jīng)濟(jì)成本太高。

隨著時(shí)間的推移，3D打印在許多應(yīng)用中已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的注塑成型工藝，磁體3D打印就是一個(gè)很好的力證。TU Wien研究人員現(xiàn)在已經(jīng)成功地使用Builder 3D打印機(jī)和一種特質(zhì)的含有磁性微顆粒的高分子聚合物耗材成功制作出了3D打印磁鐵。

打印磁性物體的第一階段是使用數(shù)字3D模型以指定的幾何形狀打印對(duì)象。與傳統(tǒng)的3D打印過程一樣逐層打印，但是用于打印的3D打印材料由大約90％的磁性材料和10％的塑料組成。然而，打印形狀只是開始。由于3D打印對(duì)象由處于未磁化狀態(tài)的顆粒制成，所以對(duì)象本身還不具備磁性。

一旦3D打印完成，則其需要暴露在一個(gè)強(qiáng)大的外部磁場(chǎng)里。該磁場(chǎng)將3D打印對(duì)象轉(zhuǎn)換成永久磁體?！斑@種方法允許我們處理各種磁性材料，例如磁性特別強(qiáng)的釹鐵硼磁體?！盌ieterSuss闡述道：“使用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的磁體設(shè)計(jì)現(xiàn)在可以快速、精確地實(shí)現(xiàn)從厘米到分米，精度為1毫米的3D打印。”

快速和具有成本效益的新型磁體3D打印為科學(xué)家提供了研究新型產(chǎn)品的可能性，包括在單個(gè)磁體內(nèi)使用不同的材料以在強(qiáng)磁和弱磁之間形成平滑過渡?！艾F(xiàn)在我們將持續(xù)測(cè)試、不斷研發(fā)，以帶來更多意想不到的新產(chǎn)品。”Suss說道。

據(jù)悉，關(guān)于這項(xiàng)研究成果，研究人員已經(jīng)將其發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》（Applied Physics Letters）期刊上，標(biāo)題是《3D print of polymer bondedrare-earth magnets, and 3D magnetic field scanning with an end-user 3D printer》。