3D 打印的稀土磁鐵在保留稀有材料的同時(shí)優(yōu)于傳統(tǒng)版本

能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行的研究產(chǎn)生了 3D 打印永磁體，其性能優(yōu)于使用傳統(tǒng)技術(shù)制造的粘結(jié)磁體，同時(shí)還節(jié)省了關(guān)鍵材料。

在美國(guó)能源部位于 ORNL 的制造示范設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)使用大面積增材制造 （BAAM） 機(jī)器，科學(xué)家們制造了具有相當(dāng)或更好的磁性、機(jī)械和微觀結(jié)構(gòu)特性的近凈形釹鐵硼 （NdFeB） 粘結(jié)磁體比粘結(jié)磁鐵。燒結(jié)顆粒由 Magnet Applications Inc. 制造的 65% 各向同性 NdFeB 粉末和 35% 聚酰胺（Nylon-12）組成。

發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》雜志上的研究概述了一種燒結(jié)磁體制造方法，該方法比傳統(tǒng)方法減少了 30% 到 50% 的材料浪費(fèi)。ORNL 化學(xué)科學(xué)部首席研究員兼小組組長(zhǎng) Parans Paranthaman 表示，通過(guò)捕獲和再利用廢棄材料，凈廢物可以減少到幾乎為零。

除了節(jié)省材料的經(jīng)濟(jì)利益之外，打印過(guò)程以比傳統(tǒng)注塑方法更快的速度生產(chǎn)復(fù)雜的形狀，并且不需要工具，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)消除了從頭開(kāi)始構(gòu)建新模具的需要，如傳統(tǒng)注塑成型。 “制造業(yè)正在迅速變化，客戶可能需要 50 種不同的設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)他們想要使用的磁鐵，”O(jiān)RNL 研究員和合著者李玲說(shuō)。

擁有打印各種復(fù)雜形狀的高強(qiáng)度 （NdFeB） 磁鐵的能力，為高效電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)辟了多種新的可能性。用稀土磁鐵制成的電動(dòng)機(jī)比沒(méi)有磁鐵的電動(dòng)機(jī)效率更高，后者必須使用電源的供電電流來(lái)感應(yīng)磁性。永磁電機(jī)需要零磁化電流，因此它們的效率仍然高于使用交流感應(yīng)且無(wú)磁體的電機(jī)。

同時(shí)，在制造過(guò)程中保存多余的材料同樣重要，因?yàn)?西方國(guó)家沒(méi)有永磁體的工業(yè)回收。

有了制造磁體的可擴(kuò)展基礎(chǔ)，科學(xué)家們將過(guò)渡到探索各向異性或定向粘結(jié)磁體的印刷——這些磁體比沒(méi)有首選磁化方向的各向同性磁體更強(qiáng)。還需要檢查粘合劑類(lèi)型、磁粉負(fù)載率以及加工溫度對(duì)印刷磁體的磁性和機(jī)械性能的影響。