ORNL はナイロンと希土類材料を混合して永久磁性材料を印刷する

希土類永久磁石材料は第3世代の永久磁石材料であり、主に希土類コバルト永久磁石材料とネオジム鉄ボロン永久磁石材料が含まれます。前者はセリウム、プラセオジム、ランタン、ネオジム、コバルトなどの希土類元素から形成される金属間化合物であり、主に低速トルクモーター、始動モーター、センサー、磁気スラストベアリングなどの磁気システムに使用されます。後者のNdFeB永久磁石材料は、第3世代の希土類永久磁石材料です。残留磁気、保磁力、最大磁気エネルギー積は前者よりも高く、壊れにくく、機械特性が優れ、合金密度が低いため、磁気部品の軽量、薄型、小型、超小型化に貢献します。

3D プリント技術によって複合材料の製造空間がさらに広がる中、米国オークリッジ国立研究所 (ORNL) は最近、3D プリントによるネオジム鉄ホウ素希土類永久磁石材料の製造において独自の小さな「経験」を獲得しました。

希土類永久磁石材料は、製造プロセスの違いにより、焼結NdFeB、結合NdFeB、射出成形NdFeBの3種類に分けられます。結合型 NdFeB は、NdFeB 粉末を樹脂、プラスチック、低融点金属などの結合剤と均一に混合し、圧縮、押し出し、または射出成形によって製造される複合 NdFeB 永久磁石です。製品は二次加工なしで一工程で成形され、さまざまな複雑な形状に直接作ることができます。結合された NdFeB は全方向に磁性があり、NdFeB 圧縮金型や射出成形金型に加工できます。高精度、優れた磁気特性、優れた耐腐食性、優れた温度安定性。

現在、米国国立オークリッジ研究所（ORNL）は、希土類永久磁石材料の製造プロセスにおいて3Dプリントの先駆者となっています。前述のように、希土類永久磁石材料は、NdFeBを他の材料と結合して押し出すことで製造できます。今回、ORNLはこの製造原理を、業界でよく知られているBAAM製造システムに「移植」しました。興味深いことに、私たちがよく目にする小さくて繊細な希土類永久磁石とは異なり、ORNL が製造する希土類永久磁石製品は正真正銘の「大物」であり、「大物」には「大きな知恵」があり、それが他の商業的応用分野を開拓する可能性が高いのです。

ORNL は、NdFeB 希土類粉末をポリマーと混合し、その材料を溶融押出機で押し出して、層ごとに複合して製品の形にします。複合粒子中の材料の65％の体積は等方性NdFeB磁性粉末であり、材料の35％の体積はポリアミド（ナイロン）です。

ナイロンは非常に一般的で広く使用されている材料です。3D 印刷業界では、ナイロン製品の製造に選択的レーザー焼結 3D 印刷法が一般的に使用されています。 ORNL は、材料を溶かして押し出すために FDM に似た技術を使用しています。

出典: 3ders 通常、溶融押し出し印刷には ABS フィラメントが最も適していると考えられていますが、この研究では、ナイロン粒子と希土類粒子の混合印刷は ABS フィラメントよりも滑らかで、高精度の表面品質を示すことが示されています。

ORNL が印刷する永久磁石材料は「大物」なので、印刷設備にも関係しています。この 3D プリンターは、ORNL の代表的な設備である大面積積層造形 BAAM システムです。BAAM システムは、3.56m×1.65m×0.86m の造形体積に達する巨大な処理エリアを備えています。単軸スクリュー押出機はガントリー構造の上に取り付けられており、印刷温度は約 270°C です。

ORNL は、永久磁石材料の製造に金型を必要としないことに加えて、未使用の材料をリサイクルして再利用できるため、従来の製造方法と比較して BAAM 印刷プロセスで材料を 30% ～ 50% 節約できることも発見しました。

NdFeB 希土類永久磁石は地球上で最も強力な永久磁石であることを考慮すると、この ORNL のイノベーションの市場応用の可能性は疑う余地がありません。まだ設計の反復段階ですが、ORNL は高効率モーターと発電機の現在の設計と製造のルールを覆すものになると考えています。Antarctic Bear 3D Printing Network にご注目ください。

出典: 3D Science Valley & 3ders.org
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