ORNL將尼龍與稀土材料混合打印出永磁材料

稀土永磁材料是第三代永磁材料，主要包括稀土鈷永磁材料和釹鐵硼永磁材料。前者是稀土元素鈰、鐠、鑭、釹等和鈷形成的金屬間化合物，主要用于低速轉(zhuǎn)矩電動機、啟動電動機、傳感器、磁推軸承等的磁系統(tǒng)。后者釹鐵硼永磁材料是第三代稀土永磁材料，其剩磁、矯頑力和最大磁能積比前者高，不易碎，有較好的機械性能，合金密度低，有利于磁性元件的輕型化、薄型化、小型和超小型化。

隨著3D打印技術進一步打開復合材料的制造空間，美國國家橡樹嶺實驗室-ORNL新近在通過3D打印的方法制造釹鐵硼稀土永磁材料方面有了自己的小“心得”。

稀土永磁材料按生產(chǎn)工藝不同分為三種：燒結釹鐵硼、粘結釹鐵硼、注塑釹鐵硼。粘結釹鐵硼是將釹鐵硼粉末與樹脂、塑膠或低熔點金屬等粘結劑均勻混合，然后用壓縮、擠壓或注射成型等方法制成的復合型釹鐵硼永磁體。產(chǎn)品一次成形，無需二次加工、可直接做成各種復雜的形狀。粘結釹鐵硼的各個方向都有磁性，可以加工成釹鐵硼壓縮模具和注塑模具。精密度高、磁性能極佳、耐腐蝕性好、溫度穩(wěn)定性好。

如今，美國國家橡樹嶺實驗室-ORNL在稀土永磁材料的制備工藝上開創(chuàng)了3D打印的先河，正如上文所述，可以通過將粘結釹鐵硼與其他材料粘結擠出的方式來制造稀土永磁材料，此次ORNL將這一制造原理“嫁接”到了其為業(yè)界所熟知的BAAM制造系統(tǒng)中。有意思的是，與我們常見的稀土永磁偏小巧精致的身材不一樣的是，ORNL制造的稀土永磁產(chǎn)品是名副其實的“大塊頭”，而“大塊頭”有“大智慧”，這將有可能打開另外的商業(yè)應用空間。

ORNL通過將NdFeB稀土粉末與聚合物混合在一起，然后通過熔融擠出頭將材料擠壓出來，一層一層復合而成產(chǎn)品的形狀。復合顆粒中65%體積的材料為各向同性的NdFeB磁粉，35%體積的材料為聚酰胺（尼龍）。

尼龍是一種很常見的、用途廣泛的材料，在3D打印行業(yè)通常采用的是選擇性激光燒結的3D打印方法來制造尼龍產(chǎn)品。而ORNL則采用的是類似與FDM技術，將材料融化擠壓出來。

來源：3ders

我們通常認為ABS長絲是最適合熔融擠出的打印方式，但在這項研究中顯示，尼龍顆粒與稀土顆粒的混合打印比ABS長絲更流暢，并呈現(xiàn)出高精度的表面質(zhì)量。

既然談到ORNL打印的永磁材料是個“大塊頭”，這還與打印設備有關，這臺3D打印機是ORNL的拿手看家設備：大面積增材制BAAM系統(tǒng)，BAAM系統(tǒng)有一個龐大的加工區(qū)域，可以達到3.56m×1.65m×0.86m的建設量，單螺桿擠出機被架設到龍門結構的上方，打印溫度約270°C。

除了不需要模具來制造永磁材料，此外，ORNL發(fā)現(xiàn)他們的BAAM打印工藝還比傳統(tǒng)制造方法節(jié)約30%到50%的材料，因為那些沒有被用過的材料可以通過循環(huán)被再次使用。

考慮到釹鐵硼稀土永磁體是地球上最強大的永磁，ORNL的這一創(chuàng)新在市場應用方面的潛力不容置疑。雖然還處在設計迭代階段, 而ORNL認為他們將顛覆當前高效電動機和發(fā)電機的設計制造規(guī)則，請關注南極熊3d打印網(wǎng)。

來源：3d科學谷&3ders.org
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