俄羅斯科學(xué)家采用選擇性激光燒結(jié)3D打印技術(shù)，開發(fā)出了微型永磁體

2022年10月26日，南極熊獲悉，俄羅斯烏拉爾聯(lián)邦大學(xué)(UrFU)和分院的科學(xué)家們，正在采用3D打印技術(shù)開發(fā)一種由稀土合金制作的永磁體。如果該技術(shù)開發(fā)順利，將使人們獲得小規(guī)模生產(chǎn)任意形狀磁體的能力。

△俄羅斯科學(xué)家采用3D打印技術(shù)開發(fā)微型永磁體樣件

該微型永磁鐵適用于微型起搏器和發(fā)電機(jī)等領(lǐng)域。此外，通過采用3D打印技術(shù)，可以最大限度地減少了材料浪費(fèi)并縮短生產(chǎn)周期。該技術(shù)的研究結(jié)果已發(fā)表在《磁性與磁性材料》雜志上。

研發(fā)技術(shù)背景
永磁體是一種能夠長期保持其磁性的磁體。它可廣泛用于各種行業(yè)和設(shè)備，例如現(xiàn)代電動機(jī)、家用和計(jì)算機(jī)設(shè)備以及其它電器的制造。目前的問題是，傳統(tǒng)制造永磁體的工藝僅能制造出較大型產(chǎn)品，并且通常只有兩個(gè)磁極——南和北極。

從科學(xué)和技術(shù)的角度講，制造復(fù)雜而小型的磁鐵并不是一件容易的事，然而，事實(shí)證明，采用3D打印技術(shù)，是最有希望制造出復(fù)雜形狀永磁體零件的方法之一。目前，烏拉爾科學(xué)家，已經(jīng)設(shè)法確定了使用選擇性激光燒結(jié)和磁粉3D打印永磁體的最佳參數(shù)。

3D打印可以在幾乎所有生產(chǎn)階段改變磁鐵的內(nèi)部特性。例如，改變化合物的化學(xué)成分、微晶的空間取向程度和晶體結(jié)構(gòu)，以及影響矯頑力（抗退磁性）。

△該團(tuán)隊(duì)采用SLS 3D打印機(jī)燒結(jié)磁粉

已經(jīng)成功打印出1毫米的永磁體
Dmitry Neznakhin解釋說：“制造小型磁體是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。傳統(tǒng)的方法只能通過將大磁鐵切割成碎片來制造，這種工藝還有一個(gè)問題，機(jī)械加工過程會浪費(fèi)約一半的材料。此外，切割過程會在近表面層中造成大量缺陷，從而導(dǎo)致磁體性能大幅下降�！�

他繼續(xù)說道：“現(xiàn)在，通過3D打印技術(shù)，可以避免以上這種情況出現(xiàn)，并且可以制造配置更復(fù)雜的磁體，例如，具有一個(gè)北極和兩個(gè)南極，或同時(shí)具有五個(gè)南極和五個(gè)北極的磁體。這種配置對于起搏器來說非常有用，該裝置的電動馬達(dá)，通常需要通過顯微鏡對獨(dú)立的磁鐵進(jìn)行組裝才能實(shí)現(xiàn)。”

俄羅斯科學(xué)家已經(jīng)成功地3D打印出薄約一毫米的永磁體，其特性與工業(yè)生產(chǎn)的磁體相似。使用的基體含有釤、鋯、鐵和鈦粉末。該化合物具有適合永磁體的特性，但傳統(tǒng)的制造方法剝奪了該化合物的大部分特性。因此，科學(xué)家們決定看看這些特性是否可以通過3D打印技術(shù)得以保留。

Dmitry Neznakhin補(bǔ)充道：“當(dāng)使用傳統(tǒng)方法基于這些化合物制造永磁體時(shí)，成品的性能與理論上預(yù)測的相差甚遠(yuǎn)。我們發(fā)現(xiàn)，在燒結(jié)樣品時(shí)，添加由釤、銅和鈷合金制成的易熔粉末可以保留主磁粉的磁性。這種合金在低于主要合金變化特性的溫度下熔化，這就是最終材料保持其矯頑力和密度的原因�！�

△該論文題目“選擇性激光燒結(jié)制備(Sm,Zr)Fe11Ti磁體的相組成和磁性能”（傳送門）

該研究的下一步計(jì)劃
目前，該團(tuán)隊(duì)正在建立硬磁性材料的微觀結(jié)構(gòu)和磁性能的基本形成規(guī)律，并正在確定哪些磁性材料可以通過SLS工藝制造永磁體。這包括測試燒結(jié)方法，如何影響另一種已知的磁鐵基體的性能（一種釹、鐵和硼的合金）。

下一階段的工作將生產(chǎn)適合實(shí)際應(yīng)用的大塊永磁體。同時(shí)，這項(xiàng)研究得到了俄羅斯科學(xué)基金會的支持。