Duurzame 3D-geprinte magneten

Van windturbines en elektromotoren tot sensoren, permanente magneten worden in veel elektrische toepassingen gebruikt. De productie van deze magneten omvat meestal sinteren of spuitgieten. Maar door de toenemende miniaturisering van elektronica en hogere eisen aan magnetische componenten in termen van geometrie, schieten conventionele fabricagemethoden vaak tekort. Additieve fabricagetechnologieën bieden echter de vereiste vormflexibiliteit, waardoor de productie van magneten mogelijk wordt gemaakt die zijn afgestemd op de eisen van de betreffende toepassing.

Onderzoekers hebben supermagneten gemaakt met behulp van lasergebaseerde 3D-printtechnologie. De methode maakt gebruik van een poedervorm van het magnetische materiaal, dat in lagen wordt aangebracht en gesmolten om de deeltjes te binden, wat resulteert in componenten die puur van metaal zijn gemaakt. Het proces is geëvolueerd tot een stadium waarin magneten kunnen worden bedrukt met een hoge relatieve dichtheid terwijl hun microstructuren worden gecontroleerd.

De initiële focus van het onderzoek was de productie van neodymium (NdFeB) magneten. Vanwege zijn chemische eigenschappen wordt neodymium gebruikt als basis voor veel sterke permanente magneten die cruciale componenten zijn voor computers en smartphones. Bij andere toepassingen zoals elektrische remmen, magneetschakelaars en bepaalde elektromotorsystemen is de sterke kracht van NdFeB-magneten niet nodig en ook ongewenst.

IJzer- en kobaltmagneten (Fe-Co) vormen in twee opzichten een veelbelovend alternatief voor NdFeB-magneten:de winning van zeldzame aardmetalen is arbeidsintensief en niet duurzaam en de recycling van dergelijke metalen staat nog in de kinderschoenen. Maar Fe-Co-magneten zijn minder belastend voor het milieu. Zeldzame aardmetalen verliezen ook hun magnetische eigenschappen bij hogere temperaturen, terwijl speciale Fe-Co-legeringen hun magnetische prestaties behouden bij temperaturen van 200 tot 400 °C en een goede temperatuurstabiliteit vertonen.