ロシアの科学者は選択的レーザー焼結3Dプリント技術を使用してマイクロ永久磁石を開発しました

この投稿は Bingdunxiong によって 2022-10-26 16:42 に最後に編集されました

2022年10月26日、アンタークティックベアは、ロシアのウラル連邦大学（UrFU）とその支部の科学者が3Dプリント技術を使用して希土類合金製の永久磁石を開発していることを知りました。この技術がうまく開発されれば、あらゆる形状の磁石を小規模で生産できるようになる。

△ロシアの科学者らは3Dプリント技術を使ってマイクロ永久磁石のサンプルを開発した。このマイクロ永久磁石はマイクロペースメーカーや発電機などの分野に適している。さらに、3Dプリント技術を採用することで、材料の無駄を最小限に抑え、生産サイクルを短縮することができます。この技術に関する研究結果は、「Magnetism and Magnetic Materials」誌に掲載されました。

研究開発の技術的背景<br /> 永久磁石とは、長期間にわたって磁力を保持する磁石のことです。現代の電気モーター、家庭用機器、コンピューター機器、その他の電気機器の製造など、さまざまな産業や機器で使用されています。問題は、永久磁石を製造する従来のプロセスでは、比較的大きな製品に限られており、通常は N 極と S 極の 2 つの極しかないことです。

科学技術の観点から見ると、複雑で小さな磁石を製造することは容易ではありませんが、3Dプリント技術は複雑な形状の永久磁石部品を製造するための最も有望な方法の1つであることが証明されています。現在、ウラルの科学者たちは、選択的レーザー焼結法と磁性粉末 3D 印刷を使用して永久磁石を印刷するための最適なパラメータを決定することに成功しました。

3D プリントでは、製造のほぼすべての段階で磁石の内部特性を変更できます。たとえば、化合物の化学組成、結晶子の空間配向度、結晶構造を変更し、保磁力（減磁に対する耐性）に影響を与えます。

△チームはSLS 3Dプリンターを使用して磁性粉末を焼結した。
1mmの永久磁石の印刷に成功
ドミトリー・ネズナキン氏は次のように説明する。「小型磁石の製造は困難な作業です。従来、大型磁石は切断して製造するしかありませんでした。このプロセスでは、機械加工の過程で材料の約半分が無駄になるという問題がありました。さらに、切断プロセスによって表面近くの層に多数の欠陥が生じ、磁石の性能が大幅に低下します。」

同氏はさらにこう続けた。「現在、3Dプリントを使えば、こうした問題は回避でき、より複雑な構成の磁石を作ることができる。例えば、N極1つとS極2つ、あるいはS極5つとN極5つなどだ。こうした構成はペースメーカーに非常に役立つ。ペースメーカーには電動モーターが備わっており、通常は顕微鏡下で個別の磁石を組み立てる必要がある」

ロシアの科学者らは、工業生産される磁石と同様の特性を持つ、厚さ約1ミリメートルの永久磁石を3Dプリントすることに成功した。使用されたマトリックスには、サマリウム、ジルコニウム、鉄、チタンの粉末が含まれていました。この化合物は永久磁石に適した特性を持っていますが、従来の製造方法ではその特性のほとんどが失われてしまいます。そこで科学者たちは、3Dプリント技術を使ってこれらの特性を保存できるかどうかを調べることにしました。

ドミトリー・ネズナキン氏は次のように付け加えています。「これらの化合物をベースにした永久磁石を従来の方法で製造した場合、完成品の特性は理論的に予測されるものとはかけ離れています。私たちは、サマリウム、銅、コバルトの合金でできた可融性粉末を加えると、サンプルを焼結する際に主磁性粉末の磁気特性が維持されることを発見しました。この合金は主合金が特性を変える温度よりも低い温度で溶けるため、最終材料は保磁力と密度を維持します。」

△論文タイトルは「選択的レーザー焼結法で作製した（Sm,Zr）Fe11Ti磁石の相組成と磁気特性」（ポータル）
この研究の次のステップ<br /> 現在、チームは硬磁性材料の微細構造と磁気特性の基本的な形成法則を確立し、SLS プロセスを通じて永久磁石を製造するために使用できる磁性材料を決定しています。これには、焼結方法が、ネオジム、鉄、ホウ素の合金である別の既知の磁石マトリックスの特性にどのような影響を与えるかをテストすることが含まれていました。

次の作業段階は、実用に適したバルク永久磁石を生産することです。同時に、この研究はロシア科学財団によって支援されました。

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