美国能源部(DOE)美国田纳西州橡树岭国家实验室的研究人员已经证明，增材制造生产的永磁体的性能优于使用传统技术制造的粘结磁体，同时保留了关键材料。
科学家使用大面积添加剂制造(BAAM)机器在美国能源部的ORNL制造示范设施制造各向同性，近净形，钕 - 铁 - 硼(NdFeB)粘结磁体。结果发表在Scientific Reports上，该产品具有与使用相同成分的传统注塑成型制成的粘合磁铁相当或更好的磁性，机械和微观结构特性的产品。
增材制造工艺开始于由Magnet Applications，Inc。制造的由65%体积各向同性NdFeB粉末和35%聚酰胺(尼龙-12)组成的复合粒料。将粒料熔融，混合并通过BAAM逐层挤出成所需的形式。
“虽然传统的烧结磁铁制造可能导致材料浪费高达30%至50%，但增材制造将简单地捕获和再利用这些材料而几乎没有浪费，”ORNL化学科学部首席研究员兼组长Parans Paranthaman表示。 。该项目由美国能源部关键材料研究所(CMI)资助。
使用节省材料的工艺对于制造由钕，镝 - 在美国以外开采和分离的稀土元素制成的永磁体尤为重要。钕铁硼磁铁是地球上最强大的磁铁，用于从计算机硬盘驱动器和头戴式电话到清洁能源技术(如电动汽车和风力涡轮机)。
“印刷工艺不仅可以节省材料，而且可以生产复杂的形状，不需要工具，比传统的注塑方法更快，可能会带来更经济的制造工艺，”Paranthaman补充道。
“制造业正在迅速变化，客户可能需要为他们想要使用的磁铁设计50种不同的设计，”ORNL研究员和合着者Ling Li表示。传统的注塑成型需要为每个模具和工具创造新的模具和工具，但是通过添加制造，可以使用计算机辅助设计简单快速地制作模板，她解释说。
未来的工作将探索各向异性或定向粘结磁体的印刷，这种磁体比没有优选磁化方向的各向同性磁体更强。研究人员还将研究粘合剂类型，磁粉负载分数和加工温度对印刷磁铁的磁性和机械性能的影响。
关键材料研究所所长Alex King认为这项研究具有巨大的潜力。“能够以复杂的形状印刷高强度磁铁，这对于高效电动机和发电机的设计来说是一个改变游戏规则，”他说。“它消除了当今制造方法所施加的许多限制。”
“这项工作证明了增材制造可用于制造各种磁性材料和组件的潜力，”共同作者John Ormerod说。“Magnet Applications和我们的许多客户都很高兴在不久的将来探索这项技术的商业影响。”
该项目的成果包括Ling Li，Angelica Tirado，Orlando Rios，Brian Post，Vlastimil Kunc，RR Lowden，ORNL的Edgar Lara-Curzio，以及研究员IC Nlebedim和Thomas Lograsso在Ames实验室与CMI合作。Magnet Applications Inc.(MAI)的Robert Fredette和John Ormerod通过MDF技术合作为该项目做出了贡献。美国能源部的先进制造办公室为ORNL的制造业演示设施提供支持，这是一个公私合作伙伴关系，旨在让行业与国家实验室建立起来。