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Stephen Moore | 07 novembre 2016

Gli scienziati hanno fabbricato magneti isotropi, di forma quasi netta, legati al neodimio-ferro-boro (NdFeB) presso l'impianto di dimostrazione della produzione del DOE presso l'ORNL, utilizzando la macchina BAAM (Big Area Additive Manufacturing). Il risultato, pubblicato su Scientific Reports, è stato un prodotto con proprietà magnetiche, meccaniche e microstrutturali paragonabili o migliori rispetto ai magneti incollati realizzati utilizzando il tradizionale stampaggio a iniezione con la stessa composizione.

I pellet compositi vengono fusi, composti ed estrusi strato dopo strato nelle forme desiderate.

Il processo di produzione additiva è iniziato con pellet compositi costituiti da polvere isotropa di NdFeB al 65% in volume e poliammide (PA 12) al 35% prodotti da Magnet Applications, Inc. I pellet sono stati fusi, composti ed estrusi strato per strato da BAAM nelle forme desiderate .

Mentre la produzione convenzionale di magneti sinterizzati può comportare uno spreco di materiale fino al 30-50%, la produzione additiva catturerà e riutilizzerà semplicemente tali materiali con quasi zero rifiuti, ha affermato Parans Paranthaman, ricercatore principale e leader del gruppo nella divisione di scienze chimiche dell’ORNL. Il progetto è stato finanziato dal Critical Materials Institute (CMI) del DOE.

L’utilizzo di un processo che conservi il materiale è particolarmente importante nella produzione di magneti permanenti realizzati con neodimio e disprosio, elementi delle terre rare che vengono estratti e separati al di fuori degli Stati Uniti. I magneti NdFeB sono i più potenti sulla terra e vengono utilizzati in qualsiasi cosa, dai dischi rigidi dei computer e dalle cuffie alle tecnologie di energia pulita come i veicoli elettrici e le turbine eoliche.

Il processo di stampa non solo preserva i materiali ma produce anche forme complesse, non richiede attrezzature ed è più veloce dei tradizionali metodi di iniezione, il che si traduce potenzialmente in un processo di produzione molto più economico, ha affermato Paranthaman.

“La produzione sta cambiando rapidamente e un cliente potrebbe aver bisogno di 50 design diversi per i magneti che desidera utilizzare”, ha affermato Ling Li, ricercatore e coautore dell’ORNL. Lo stampaggio a iniezione tradizionale richiederebbe la spesa per la creazione di un nuovo stampo e di attrezzature per ciascuno, ma con la produzione additiva le forme possono essere realizzate in modo semplice e rapido utilizzando la progettazione assistita da computer, ha spiegato.

Il lavoro futuro esplorerà la stampa di magneti anisotropi, o direzionali, legati, che sono più forti dei magneti isotropi che non hanno una direzione di magnetizzazione preferita. I ricercatori esamineranno inoltre l'effetto del tipo di legante, della frazione di carico della polvere magnetica e della temperatura di lavorazione sulle proprietà magnetiche e meccaniche dei magneti stampati.

Alex King, direttore del Critical Materials Institute, ritiene che questa ricerca abbia un enorme potenziale. “La capacità di stampare magneti ad alta resistenza in forme complesse rappresenta un punto di svolta per la progettazione di motori e generatori elettrici efficienti”, ha affermato. “Rimuove molte delle restrizioni imposte dagli odierni metodi di produzione”.

“Questo lavoro ha dimostrato il potenziale della produzione additiva da applicare alla fabbricazione di un’ampia gamma di materiali e assemblaggi magnetici”, ha affermato il coautore John Ormerod. "Magnet Applications e molti dei nostri clienti sono entusiasti di esplorare l'impatto commerciale di questa tecnologia nel prossimo futuro", ha affermato.

Hanno contribuito al progetto Ling Li, Angelica Tirado, Orlando Rios, Brian Post, Vlastimil Kunc, RR Lowden e Edgar Lara-Curzio dell'ORNL, nonché i ricercatori IC Nlebedim e Thomas Lograsso che lavorano con CMI presso l'Ames Laboratory. Robert Fredette e John Ormerod di Magnet Applications Inc. (MAI) hanno contribuito al progetto attraverso una collaborazione sulla tecnologia MDF. L'Advanced Manufacturing Office del DOE fornisce supporto al Manufacturing Demonstration Facility dell'ORNL, un partenariato pubblico-privato per coinvolgere l'industria con i laboratori nazionali.

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