В УрФУ изучают 3D-печать сложных постоянных магнитов

Ученые Уральского федерального университета и Уральского отделения Российской академии наук определяют оптимальные условия 3D-печати постоянных магнитов из магнитотвердых соединений на основе редкоземельных металлов. Это позволит запустить мелкосерийное производство магнитов, придавать им любые формы в процессе изготовления и создавать сложные конфигурации магнитов.

Такие магниты подойдут для миниатюрных электродвигателей и электрогенераторов, на которых работают кардиостимуляторы, сообщает пресс-служба УрФУ. Кроме того, технология минимизирует производственные отходы и имеет более короткий производственный цикл. Ученые определили оптимальные параметры 3D-печати постоянных магнитов методом селективного лазерного спекания (DMLS). Технология позволяет изменять внутренние свойства магнитов почти на всех этапах производства, например изменять химический состав соединения, степень пространственной ориентации кристаллитов и кристаллографической текстуры, влиять на коэрцитивную силу — устойчивость к размагничиванию.

«Производство маленьких магнитов — сложная задача. Сейчас их создают только путем разрезания большого магнита на части, из-за механической обработки около половины использованного материала превращается в мусор. Также при резке вносится большое количество дефектов в приповерхностный слой, из-за чего свойства магнита экстремально ухудшаются. Аддитивные технологии позволяют избегать этого и делать сложные магниты, например с одним северным полюсом и двумя пространственно разнесенными южными, или магнит с пятью южными и пятью северными полюсами сразу. Подобные конфигурации необходимы для кардиостимуляторов, в которых собрать ротор для электродвигателя из отдельных магнитов можно разве что под микроскопом», — рассказывает доцент кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов, научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ Дмитрий Незнахин.

Ученым удалось изготовить тонкие образцы толщиной порядка одного миллиметра, свойства которых схожи с промышленно выпускаемыми постоянными магнитами. Основой послужил порошок, содержащий самарий, цирконий, железо и титан. Соединение обладает подходящими характеристиками для постоянных магнитов, однако традиционные способы изготовления лишают соединение большей части свойств. Поэтому ученые решили проверить, удастся ли сохранить свойства с помощью новой технологии.

«При создании постоянных магнитов на основе данных соединений традиционными способами свойства готовых изделий далеки от теоретически предсказываемых. Мы выяснили, что при спекании образца добавление легкоплавкого порошка из сплава самария, меди и кобальта позволяет сохранить магнитные характеристики основного магнитного порошка. Этот сплав плавится при температурах более низких, чем изменяются свойства основного сплава, поэтому итоговый материал сохраняет коэрцитивную силу и плотность», — поясняет Дмитрий Незнахин.

В настоящее время ученые устанавливают основные закономерности формирования микроструктуры и магнитных свойств магнитотвердых материалов, определяют, какие из магнитных материалов могут быть использованы для изготовления постоянных магнитов с использованием 3D-печати методом лазерного спекания, а также изучают воздействие спекания на свойства другой известной основы для магнитов — сплава неодима, железа и бора. На следующем этапе планируется изготовление объемных постоянных магнитов, пригодных для практических приложений. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант № 21-72-10104), доклад научной команды опубликован в издании Journal of Magnetism and Magnetic Materials.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.