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(jī)、啟動電動機(jī),、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(jī)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(shù)進(jìn)一步打開復(fù)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(jié)釹鐵硼、粘結(jié)釹鐵硼,、注塑釹鐵硼,。粘結(jié)釹鐵硼是將釹鐵硼粉末與樹脂、塑膠或低熔點金屬等粘結(jié)劑均勻混合,，然后用壓縮,、擠壓或注射成型等方法制成的復(fù)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(fù)雜的形狀。粘結(jié)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(jié)釹鐵硼與其他材料粘結(jié)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(yīng)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(fù)合而成產(chǎn)品的形狀。復(fù)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(jié)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(shù)，將材料融化擠壓出來,。

來源：3ders

我們通常認(rèn)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(shè)備有關(guān),，這臺3D打印機(jī)是ORNL的拿手看家設(shè)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(dá)到3.56m×1.65m×0.86m的建設(shè)量,，單螺桿擠出機(jī)被架設(shè)到龍門結(jié)構(gòu)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(qiáng)大的永磁,，ORNL的這一創(chuàng)新在市場應(yīng)用方面的潛力不容置疑。雖然還處在設(shè)計迭代階段, 而ORNL認(rèn)為他們將顛覆當(dāng)前高效電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的設(shè)計制造規(guī)則,，請關(guān)注南極熊3d打印網(wǎng)。

來源：3d科學(xué)谷&3ders.org
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