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(dòng)機(jī)、啟動(dòng)電動(dòng)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(guó)國(guó)家橡樹嶺實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(gè)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(guó)國(guó)家橡樹嶺實(shí)驗(yàn)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(shí)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(zhǎng)絲是最適合熔融擠出的打印方式，但在這項(xiàng)研究中顯示，尼龍顆粒與稀土顆粒的混合打印比ABS長(zhǎng)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(gè)“大塊頭”，這還與打印設(shè)備有關(guān)，這臺(tái)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(gè)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?yàn)槟切�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(chǎng)應(yīng)用方面的潛力不容置疑。雖然還處在設(shè)計(jì)迭代階段, 而ORNL認(rèn)為他們將顛覆當(dāng)前高效電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)制造規(guī)則，請(qǐng)關(guān)注南極熊3d打印網(wǎng)。

來源：3d科學(xué)谷&3ders.org
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