关键材料研究所开发了更便宜的3D打印磁体

3D打印是一种折衷技术，用于几乎所有您能想到的行业的应用，从简单地用塑料或纯金属制造出来。但用于制造具有导电性和磁性等特殊性能的材料可能还有很长的路要走。许多研究人员已经开发出3D打印磁铁的不同方法，最近为该领域做出贡献的组织是美国能源部关键材料研究所（CMI）使用3D激光金属打印技术来优化永磁材料，该研究所认为，该材料可能是用于某些应用的昂贵的稀土钕铁硼（NdFeB）磁体的更经济的替代品。 CMI使用的合金由铈组成，它是一种价格较低且稀有的稀土元素，以及钴，铁和铜。研究人员3D打印了各种样本，展示了一系列成分。

“这是一种已知的磁体材料，但我们想重新审视它，看看我们是否能够找到更出色的磁性。”CMI科学家Ryan Ott说。 “有了四个元素，就有了大量的作品可供您选择。使用3D打印大大加快了搜索过程。”用传统的生产方法生产磁体可能需要几周的时间，但3D打印只需要两个小时。研究人员确定了最有前景的样品，然后使用传统铸造方法制作了第二套样品，并将其与原始样品进行比较，看看他们之间的差距。
CMI科学家Ikenna Nlebedim表示：“由于需要开发必要的微观结构，因此使用激光印刷来识别大块材料的潜在永磁体相是非常具有挑战性的。 “但是这项研究表明，增材制造可以作为快速经济地制造永磁合金的有效工具。”

该研究记录在题为《用于永磁应用的Ce-Co-Fe-Cu系统的快速评估》的论文中，作者包括F. Meng，R.P. Chaudhary，K. Ganhda，I.C. Nlebedim，A.Palasyuk，E.Simsek，M.J.Kramer和R.T.Ott。“通过将不同比例的合金粉末加入由激光产生的熔池中，通过激光工程网成形（LENS）合成具有受控组成的大块样品的阵列”，该论文解释说。 “基于对LENS印刷样品的磁性评估，制备了具有不同Fe（5-20at。％）和Co（60-45at。％）组成的电弧熔化和铸锭，同时保持恒定的Ce（ 16原子％）和Cu（19原子％）含量。在铸态和热处理样品中分析了不同化学成分的微观结构和相的演变以及它们对磁性的依赖性。在LENS印刷和铸造样品中，我们发现最佳的磁性对应于主要单相Ce（CoFeCu）5微结构，其中高矫顽力（Hc> 10kOe）可以在没有任何微观结构细化的情况下实现。“
关键材料研究所是美国能源部艾姆斯实验室牵头的能源创新中心，由能效和可再生能源办公室的先进制造办公室支持。 CMI正在研究如何减少或消除对稀土金属和目前对清洁能源至关重要的其他材料的依赖。