Ein russisches Forscherteam, bestehend aus Wissenschaftler der Uralischen Föderalen Universität und der Uralischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften versucht derzeit herauszufinden, unter welchen Bedingungen sich optimal 3D drucken lassen. Mit dieser Fragestellung untersuchen die Wissenschaftler Dauermagneten aus hartmagnetischen Verbindungen, und zwar solche auf der Basis von Seltenerd-Metallen.
Der Fokus liegt dabei darauf, Voraussetzungen für eine Fertigung von Magneten zu ermöglichen, denen während der Produktion eine beliebige Form zugewiesen werden kann. Zugleich sollen dabei komplexe Konfigurationen von Magneten ermöglicht werden.
Besonders relevant für Motoren und Herzschrittmacher
Dabei handelt es sich insbesondere um Magnete, wie sie sich für den Einsatz in Miniatur-Elektromotoren und elektrische Generatoren, mit denen Herzschrittmacher arbeiten, eignen. Auch minimiert die hier erprobte Fertigungsmethode den während der Produktion anfallenden Abfall und sorgt obendrein für einen kürzeren Produktionszyklus.
„Die Herstellung kleiner Magnete ist eine schwierige Aufgabe. Derzeit werden sie nur durch Zerschneiden eines großen Magneten hergestellt, wobei durch die mechanische Bearbeitung etwa die Hälfte des verwendeten Materials zu Abfall wird. Außerdem entstehen durch das Schneiden viele Defekte in der oberflächennahen Schicht, wodurch sich die Eigenschaften des Magneten enorm verschlechtern. Mit additiven Technologien lässt sich dies vermeiden und es können komplexe Magnete hergestellt werden, beispielsweise mit einem Nordpol und zwei räumlich getrennten Südpolen oder ein Magnet mit fünf Südpolen und fünf Nordpolen auf einmal. Solche Konfigurationen werden für Herzschrittmacher benötigt, bei denen der Rotor für einen Elektromotor nur unter dem Mikroskop aus einzelnen Magneten zusammengesetzt werden kann“, erläutert Dmitry Neznakhin, seines Zeichens außerordentlicher Professor am Department für Magnetismus und magnetische Nanomaterialien und Forscher in der Abteilung für Festkörpermagnetismus an der Uralischen Föderalen Universität (UrFU).
SLS-Druck mit Metallpulver
Im Selektiven Lasersintern (auch als SLS-Druck bekannt) gelang es den Uraler Forschern, einen Dauermagneten von einen Millimeter Größe anzufertigen, dessen Eigenschaften denjenigen, auf mittels konventioneller Verfahren industriell gefertigter Magneten sehr nahekommen. Als Ausgangsstoff hierfür diente ein, für den SLS-Druck aufbereitetes Pulver, welches Samarium, Zirkonium, Eisen und Titan enthält.
Sehr gute Eigenschaften für Dauermagnete
Der Einsatz dieser Metalllegierung hat den Hintergrund, dass diese sich zwar eigentlich sehr gut für die Fertigung von Dauermagneten eignet, durch herkömmlichen Fertigungstechnologien jedoch die meisten ihrer Eigenschaften verliert.
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