美國橡樹嶺3D列印永久磁鐵可廣泛應用於冰箱門等磁性部件

知識 11-03

當我們聽到「磁鐵」一詞時，我們想到的第一件事可能是小學科學課的馬蹄形N-S磁鐵。事實是，我們生活的世界在很大程度上依賴於這些相對力量比如電動機、發電機、揚聲器、火車、電視、起重機和導航羅盤。

它們對於驅動我們周圍的技術系統至關重要，所以當橡樹嶺國家實驗室（ORNL）公布他們的3D列印永久磁鐵優於傳統的磁鐵，這是作為增材製造的另一個勝利。

永磁體是自己產生持續磁場的磁體，因此它不會失磁。比如冰箱門，你隨時拉開它，它都會馬上合上。

橡樹嶺國家實驗室研究通過將磁粉與作為粘合劑的聚合物混合，然後通過使用幾種加工方法（包括擠出）將材料做成他們想要的形狀來創建3D印刷磁體。

美國橡樹嶺3D列印永久磁鐵可廣泛應用於冰箱門等磁性部件

3D列印一個強大的磁鐵的想法對於許多人來說可能聞所未聞，但進一步的證據表明，這項技術已經被世界上越來越多學院採用。

ORNL研究所的研究人員Liang Li和另一個研究人員指出，「製造業正在急速變化，一個客戶可能需要使用50種不同設計的磁鐵。傳統的注塑成型需要給每個模板製造新的模具，導致巨大開銷，但如果用增材製造，就可以使用計算機輔助設計，簡單且快速地製造模板。

由65％體積的各向同性NdFeB粉末和35％的Magnet Applications Inc製造的聚醯胺（尼龍-12）組成的複合顆粒，如其它3D列印材料一樣逐層地熔化和擠出成所需的樣板。

在選擇性激光燒結（SLS） 3D列印方法中，尼龍-12是一種非常常見的多功能材料，所以它可以在3D列印永磁體的過程中作為混合劑存在。這說明，是熔融沉積成型(FDM 常見於桌面3D印表機）（如下圖所示）在驅動磁鐵3D印表機。

研究甚至指出，「擠出的尼龍磁體複合材料的印刷流程甚至比廣泛使用的3D印刷塑料長絲丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）更好，而且是高精度的。

3D印表機本身（使用大範圍增材製造（BAAM）系統）具有3.56mx 1.65mx 0.86m的巨大構建體積，單螺桿擠出機，龍門架，甚至加熱床（因此沒有變形的3D列印磁體！）。它列印時大約有270°C，擠出在一疊放在鋁桌上的片材ABS上來保證最大程度地附著。

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此外，這種生產永磁體的新方法在製造期間會少浪費30～50％材料。這是因為在列印過程中任何未使用的材料可以被收起來起來之後再使用。

NdFeB磁體是地球上最強大的磁體，能夠將它們3D列印出來是一件很了不起的事。

這個過程可能會讓你很快忘記你最熟悉的傳統馬蹄型磁鐵。這是因為，由於增材製造的流體性質，你可以將磁鐵列印成任何你想要的形狀。

關鍵材料研究所的指導Alex King指出，「在複雜形狀中印刷高強度磁體的能力相當大程度地改變了高效電動機和發電機設計。它消除了當今製造業施加的諸多限制。

雖然研究還不成熟，它還需要被世界各地的研究所和產品實驗室試驗證，但這個團隊的成果肯定為磁性科學如何被用於消費奠定了基礎。

該研究的合作者John Ormerod說，「磁鐵應用商和我們的許多客戶都很興奮地想要探索這項技術在不久的將來帶來的商業影響。

3D列印已經能夠在我們現在生活的世界中生產一種更強大和多功能的基本材料了，一旦產品開發人員的研究更加成熟，我們一定會再次聽到這個Oake Ridge國家實驗室發布的研究報告。

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