3D-печать магнитов с уникальными свойствами: опыт физиков из УрФУ
С помощью 3D-принтера по металлу, поставленного компанией Globatek, ученые из Уральского федерального университета создают магниты, которые превосходят по качеству традиционные.
С помощью 3D-принтера по металлу, поставленного компанией Globatek, ученые из Уральского федерального университета создают магниты, которые превосходят по качеству традиционные.
Минусы традиционных магнитов
Постоянные магниты запредельно востребованы в электронике, компьютерной, бытовой и медицинской технике. Но они не безупречны. Традиционные методы их изготовления позволяют создавать только магниты большого размера. И, как правило, всего с двумя полюсами: одним северным и одним южным. Однако в электротехнике чаще всего нужны маленькие магниты с более сложными конфигурациями.
Вот список типичных проблем постоянных магнитов:
- Теряют свойства при производстве. Чтобы создать маленький магнит, большой разрезают на части. Эта непростая процедура оставляет дефекты в приповерхностном слое. Соответственно, магниты теряют свои свойства.
- Сбоят в агрессивной среде, при перепаде температур. Парадокс в том, что именно в таких условиях постоянные магниты особенно нужны — например, на подлодках или в космосе.
- Обходятся дорого. Из-за механической обработки около половины использованного материала превращается в мусор.
- Создавать особенные магниты сложно. Например, собрать ротор электродвигателя для кардиостимулятора из отдельных магнитов можно разве что под микроскопом.
Минусы традиционных магнитов
Постоянные магниты запредельно востребованы в электронике, компьютерной, бытовой и медицинской технике. Но они не безупречны. Традиционные методы их изготовления позволяют создавать только магниты большого размера. И, как правило, всего с двумя полюсами: одним северным и одним южным. Однако в электротехнике чаще всего нужны маленькие магниты с более сложными конфигурациями.
Вот список типичных проблем постоянных магнитов:
- Теряют свойства при производстве. Чтобы создать маленький магнит, большой разрезают на части. Эта непростая процедура оставляет дефекты в приповерхностном слое. Соответственно, магниты теряют свои свойства.
- Сбоят в агрессивной среде, при перепаде температур. Парадокс в том, что именно в таких условиях постоянные магниты особенно нужны — например, на подлодках или в космосе.
- Обходятся дорого. Из-за механической обработки около половины использованного материала превращается в мусор.
- Создавать особенные магниты сложно. Например, собрать ротор электродвигателя для кардиостимулятора из отдельных магнитов можно разве что под микроскопом.
Решение: изготовление магнитов на 3D-принтере
Физики из Уральского федерального университета нашли способ производить более стабильные и сложные магниты. C помощью 3D-принтера по металлу они научились изменять внутренние свойства магнита почти на всех этапах производства. Новая технология позволяет улучшить химический состав соединения, степень пространственной ориентации кристаллитов и кристаллографической текстуры, влиять на устойчивость к размагничиванию.
Объясняет доцент кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов, научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ Дмитрий Незнахин:
Аддитивные технологии позволяют создавать сложные магниты — например, с одним северным полюсом и двумя пространственно разнесенными южными. Или магнит с пятью южными и пятью северными полюсами сразу. Подобные конфигурации необходимы для электродвигателей кардиостимуляторов.Аддитивные технологии позволяют создавать сложные магниты — например, с одним северным полюсом и двумя пространственно разнесенными южными. Или магнит с пятью южными и пятью северными полюсами сразу. Подобные конфигурации необходимы для электродвигателей кардиостимуляторов.
Решение: изготовление магнитов на 3D-принтере
Физики из Уральского федерального университета нашли способ производить более стабильные и сложные магниты. C помощью 3D-принтера по металлу они научились изменять внутренние свойства магнита почти на всех этапах производства. Новая технология позволяет улучшить химический состав соединения, степень пространственной ориентации кристаллитов и кристаллографической текстуры, влиять на устойчивость к размагничиванию.
Объясняет доцент кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов, научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ Дмитрий Незнахин:
Аддитивные технологии позволяют создавать сложные магниты — например, с одним северным полюсом и двумя пространственно разнесенными южными. Или магнит с пятью южными и пятью северными полюсами сразу. Подобные конфигурации необходимы для электродвигателей кардиостимуляторов.Аддитивные технологии позволяют создавать сложные магниты — например, с одним северным полюсом и двумя пространственно разнесенными южными. Или магнит с пятью южными и пятью северными полюсами сразу. Подобные конфигурации необходимы для электродвигателей кардиостимуляторов.
Процесс сплавления слоев порошкового материала при помощи лазера
Процесс сплавления слоев порошкового материала при помощи лазера
С помощью 3D-печати ученым Уральского федерального университета удалось создать постоянные магниты толщиной около одного миллиметра, свойства которых схожи с промышленно выпускаемыми магнитами. Как им это удалось? Чтобы сохранить характеристики основного магнитного порошка, ученые добавили в него легкоплавкий сплав самария, меди и кобальта. Такая комбинация плавится при более низких температурах, поэтому свойства основного сплава не изменяются. Итоговый материал сохраняет нужную плотность и устойчив к размагничиванию.
С помощью 3D-печати ученым Уральского федерального университета удалось создать постоянные магниты толщиной около одного миллиметра, свойства которых схожи с промышленно выпускаемыми магнитами. Как им это удалось? Чтобы сохранить характеристики основного магнитного порошка, ученые добавили в него легкоплавкий сплав самария, меди и кобальта. Такая комбинация плавится при более низких температурах, поэтому свойства основного сплава не изменяются. Итоговый материал сохраняет нужную плотность и устойчив к размагничиванию.
Фото магнита под микроскопом.
Фото магнита под микроскопом.
Какие перспективы у магнитов, созданных на 3D-принтере?
Сложные конфигурации постоянных магнитов, которые может предложить 3D-печать, нужны во многих сферах — от медицины до ВПК.
Уникальность исследований в этой области подчеркивает Алексей Волегов, доцент кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ:
В мире на сегодня порядка 20 опубликованных научных работ, авторы которых пробовали печатать магниты. А работы по селективному лазерному сплавлению вообще по пальцам одной руки можно пересчитать.
Какие перспективы у магнитов, созданных на 3D-принтере?
Сложные конфигурации постоянных магнитов, которые может предложить 3D-печать, нужны во многих сферах — от медицины до ВПК.
Уникальность исследований в этой области подчеркивает Алексей Волегов, доцент кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ:
В мире на сегодня порядка 20 опубликованных научных работ, авторы которых пробовали печатать магниты. А работы по селективному лазерному сплавлению вообще по пальцам одной руки можно пересчитать.
Алексей Волегов изучает созданный на 3D-принтере магнит.
Алексей Волегов изучает созданный на 3D-принтере магнит.
Магниты на основе сплава неодима, железа и бора используют в смартфонах, жестких дисках, датчиках автомобильных двигателей. В будущем они будут полезны для создания роботов-помощников хирургов в чистке артерий и вен или при установке стентов.
Магниты на основе соединений самария и кобальта незаменимы при перепадах температур, когда особенно значима стабильность их свойств. Например, на подводных лодках, космических станциях и кораблях.
Все эти приборы можно будет усовершенствовать с помощью постоянных магнитов, напечатанных на 3D-принтере. Устройства станут надежнее, новые магниты будут дольше будут сохранять свойства. Это перспектива не на далекое будущее, а на ближайшие годы. Сейчас ученые завершают период тестирования. Следующим этапом их работы станет изготовление объемных постоянных магнитов для практического применения.
Уральский федеральный университет
Сайт: www.urfu.ru
Магниты на основе сплава неодима, железа и бора используют в смартфонах, жестких дисках, датчиках автомобильных двигателей. В будущем они будут полезны для создания роботов-помощников хирургов в чистке артерий и вен или при установке стентов.
Магниты на основе соединений самария и кобальта незаменимы при перепадах температур, когда особенно значима стабильность их свойств. Например, на подводных лодках, космических станциях и кораблях.
Все эти приборы можно будет усовершенствовать с помощью постоянных магнитов, напечатанных на 3D-принтере. Устройства станут надежнее, новые магниты будут дольше будут сохранять свойства. Это перспектива не на далекое будущее, а на ближайшие годы. Сейчас ученые завершают период тестирования. Следующим этапом их работы станет изготовление объемных постоянных магнитов для практического применения.
Уральский федеральный университет
Сайт: www.urfu.ru
Подписаться на рассылку
Один раз в месяц мы будем присылать вам подборку свежих статей о профессиональных 3D‑принтерах и 3D‑сканерах
