微型永磁體可以在3D打印機上打印出來

長三角G60激光聯盟導讀

據悉，來自烏拉爾聯邦大學和俄羅斯科學院烏拉爾分院的科學家們正在確定基於稀土金屬的硬磁性化合物3D打印永磁體的最佳條件。這將使磁鐵的小規模生產成為可能，在製造過程中賦予它們任何形狀，並創造出複雜的磁鐵配置。這種磁鐵適用於起搏器工作的微型電動機和發電機。此外，該技術最大限度地減少了生產浪費，縮短了生產周期。該方法的描述和實驗結果發表在《Magnetism and Magnetic Materials》雜誌上。

3D打印機上打印的微型永磁體。來源：UrFU / Oksana Meleshchuk

製造複雜而小的磁鐵不是一項簡單的任務，但它們在各種專門應用中都有需求，主要是在醫療領域。用磁硬材料製造複雜形狀零件的最有前途的方法之一是3D打印。科學家們利用選擇性激光燒結方法成功地確定了永磁體3D打印的最佳參數。

這是一種增材製造方法，將粉末形式的磁性材料一層一層地燒結成基於先前創建的三維模型的給定形狀的三維產品。這種技術使得在生產的幾乎所有階段都可以改變磁鐵的內部特性成為可能。例如，改變化合物的化學成分、晶體的空間定向程度和晶體織構，以及影響矯頑力(抗退磁)。

SLM後的樣品圖像及打印策略方案。紅線代表激光束光斑軌跡；黑色虛線，光束焦點的移動與激光關閉。

「生產小型磁鐵是一項艱巨的任務。現在它們只能通過把一塊大磁鐵切成小塊來製造，由於機械加工，大約一半的用過的材料變成了垃圾。同時，切削在近表層引入了大量的缺陷，使磁體的性能大大惡化。添加技術可以避免這種情況，並製造複雜的磁體。這樣的配置對於起搏器來說是必要的，因為只有在顯微鏡下才能從獨立的磁鐵組裝電動機的轉子。」研究人員Dmitry Neznakhin解釋道。

為了打印磁鐵，科學家們向打印機中倒入特殊的鋼粉。來源：UrFU / Oksana Meleshchuk

目前，科學家們成功地製造出了薄約一毫米的永磁體，其性能與工業生產的磁體相似。底座是一種含有釤、鋯、鐵和鈦的粉末。該化合物具有適合永磁體的特性，但傳統的製造方法剝奪了該化合物的大部分性能。因此，科學家們決定看看新技術能否保存這些特性。

「當使用傳統方法以這些化合物為基礎製備永磁體時，成品的性能與理論預測的相差甚遠。我們發現，在燒結樣品時，加入從釤、銅和鈷合金中提取的可熔粉末，可以保留主要磁性粉末的磁性特徵。這種合金的熔化溫度低於主要合金的性能變化，這就是為什麼最終材料保持其矯頑力和密度，」Dmitry Neznakhin補充說。

圖4 x = 0.2時SLM (Sm1−xZrx)Fe11Ti磁體的SEM圖像:(1)環氧樹脂;(2) 低熔點增材劑;(3) (Sm1-xZrx)Fe11Ti快淬合金，(4)相互作用區。

目前，科學家們正在建立硬磁性材料的微觀結構和磁性能的基本形成規律，並確定哪些磁性材料可以用激光燒結法製造永磁體。這包括測試燒結方法如何影響另一種已知的磁性基體的性能——一種釹、鐵和硼的合金。下一階段的工作將是生產適合實際應用的大塊永磁體。

來源：Phase composition and magnetic properties of (Sm,Zr)Fe11Ti magnets produced by selective laser melting, Journal of Magnetism and Magnetic Materials (2022). DOI: 10.1016/j.jmmm.2022.169937

長三角G60激光聯盟陳長軍轉載