微型永磁体可以在3D打印机上打印出来

长三角G60激光联盟导读

据悉，来自乌拉尔联邦大学和俄罗斯科学院乌拉尔分院的科学家们正在确定基于稀土金属的硬磁性化合物3D打印永磁体的最佳条件。这将使磁铁的小规模生产成为可能，在制造过程中赋予它们任何形状，并创造出复杂的磁铁配置。这种磁铁适用于起搏器工作的微型电动机和发电机。此外，该技术最大限度地减少了生产浪费，缩短了生产周期。该方法的描述和实验结果发表在《Magnetism and Magnetic Materials》杂志上。

3D打印机上打印的微型永磁体。来源：UrFU / Oksana Meleshchuk

制造复杂而小的磁铁不是一项简单的任务，但它们在各种专门应用中都有需求，主要是在医疗领域。用磁硬材料制造复杂形状零件的最有前途的方法之一是3D打印。科学家们利用选择性激光烧结方法成功地确定了永磁体3D打印的最佳参数。

这是一种增材制造方法，将粉末形式的磁性材料一层一层地烧结成基于先前创建的三维模型的给定形状的三维产品。这种技术使得在生产的几乎所有阶段都可以改变磁铁的内部特性成为可能。例如，改变化合物的化学成分、晶体的空间定向程度和晶体织构，以及影响矫顽力(抗退磁)。

SLM后的样品图像及打印策略方案。红线代表激光束光斑轨迹；黑色虚线，光束焦点的移动与激光关闭。

“生产小型磁铁是一项艰巨的任务。现在它们只能通过把一块大磁铁切成小块来制造，由于机械加工，大约一半的用过的材料变成了垃圾。同时，切削在近表层引入了大量的缺陷，使磁体的性能大大恶化。添加技术可以避免这种情况，并制造复杂的磁体。这样的配置对于起搏器来说是必要的，因为只有在显微镜下才能从独立的磁铁组装电动机的转子。”研究人员Dmitry Neznakhin解释道。

为了打印磁铁，科学家们向打印机中倒入特殊的钢粉。来源：UrFU / Oksana Meleshchuk

目前，科学家们成功地制造出了薄约一毫米的永磁体，其性能与工业生产的磁体相似。底座是一种含有钐、锆、铁和钛的粉末。该化合物具有适合永磁体的特性，但传统的制造方法剥夺了该化合物的大部分性能。因此，科学家们决定看看新技术能否保存这些特性。

“当使用传统方法以这些化合物为基础制备永磁体时，成品的性能与理论预测的相差甚远。我们发现，在烧结样品时，加入从钐、铜和钴合金中提取的可熔粉末，可以保留主要磁性粉末的磁性特征。这种合金的熔化温度低于主要合金的性能变化，这就是为什么最终材料保持其矫顽力和密度，”Dmitry Neznakhin补充说。

图4 x = 0.2时SLM (Sm1−xZrx)Fe11Ti磁体的SEM图像:(1)环氧树脂;(2) 低熔点增材剂;(3) (Sm1-xZrx)Fe11Ti快淬合金，(4)相互作用区。

目前，科学家们正在建立硬磁性材料的微观结构和磁性能的基本形成规律，并确定哪些磁性材料可以用激光烧结法制造永磁体。这包括测试烧结方法如何影响另一种已知的磁性基体的性能——一种钕、铁和硼的合金。下一阶段的工作将是生产适合实际应用的大块永磁体。

来源：Phase composition and magnetic properties of (Sm,Zr)Fe11Ti magnets produced by selective laser melting, Journal of Magnetism and Magnetic Materials (2022). DOI: 10.1016/j.jmmm.2022.169937