Stampa 3D Magneti con polimero legato Controparti convenzionali rivali
Gli autori Alan Shen, Xiaoguang Peng, Callum P. Bailey, Sameh Dardona e WK Anson esplorano nuove tecniche di ” stampa 3D di magneti legati ai polimeri da una sospensione di particelle altamente concentrata, simile a una piastra “. Mentre i magneti sono stati creati in precedenza tramite UADW (UV-assisted direct writing), ci sono state sfide nel progetto a causa delle limitazioni poste dai tipi di particelle, dal carico e dai livelli di viscosità. Gli autori hanno modellato alcuni dei loro lavori qui dopo l’effetto Farris, mescolando particelle di due dimensioni diverse e riducendo la viscosità.
I magneti per la stampa 3D con polimero stanno diventando sempre più popolari tra i ricercatori a causa della quantità minima di utensili richiesta e della mancanza di spreco di materiale. Mentre finora l’utilizzo del metodo UADW ha avuto molto successo, i ricercatori di questo studio hanno disperso particelle ferromagnetiche (NdFeB) in un legante polimerico, creando una pasta da estrudere e quindi polimerizzare alla luce UV.
Le prestazioni sono aumentate aumentando il rapporto tra polvere magnetica e legante non magnetico, ma esiste il rischio di inceppamenti e ostruzioni delle particelle.
“Inoltre, la viscosità dell’inchiostro potrebbe anche diventare troppo elevata per essere stampata, in quanto limitata dalla pressione di stampa e dalle instabilità del flusso”, affermano i ricercatori. “Fisicamente, l’aumento della viscosità è causato da un aumento sia delle interazioni idrodinamiche che delle interazioni particella-particella all’aumentare del carico di particelle. A carichi di particelle estremamente elevati, le interazioni particella-particella diventano sempre più importanti. “
Mentre la stampa con particelle concentriche non sferiche può essere impegnativa, i ricercatori hanno cercato di comprendere meglio le dimensioni e la struttura delle particelle in relazione alla reologia delle sospensioni. Le polveri di NdFeB erano di dimensioni medie, con un diametro sferico compreso tra 5 e 200 μm. Le particelle con rapporti di aspetto elevati si allineano progressivamente lungo il piano di taglio all’aumentare della velocità di taglio, con conseguente riduzione della viscosità e assottigliamento del taglio.
“I magneti risultanti hanno una coercività intrinseca ( H ci ) di 9,30 kOe, una rimanenza ( B r ) di 5,88 kG e un prodotto energetico ( (BH) max ) di 7,26 MGOe”, hanno affermato i ricercatori, aggiungendo che i valori corrispondenti sono i più alti nella letteratura dei magneti stampati in 3D.
I campioni creati per la ricerca non solo magneti “rivali” creati con metodi più convenzionali come la fusione, ma sono versatili per la creazione di parti con strutture diverse e sia la forma che la topologia che possono essere ulteriormente ottimizzate.
“Scientificamente, i dati reologici presentati in questo studio forniscono la base per comprendere e modellare le sospensioni altamente concentrate di particelle non sferiche, che rimangono in gran parte inesplorate. Tecnologicamente, le prestazioni magnetiche dei magneti stampati in 3D possono essere ulteriormente migliorate attraverso formulazioni di materiali e controllo dei processi “, hanno concluso i ricercatori.
“Di particolare interesse è esplorare l’uso di particelle magnetiche anisotrope e come controllarne l’allineamento attraverso l’elaborazione in situ [ 41 ] o la post-elaborazione, che può portare a magneti ancora più forti, come suggerito da altri autori”, hanno concluso i ricercatori.
Vista dall’alto (a, b) e vista laterale (c, d) dei magneti stampati da sospensioni unimodali e bimodali. Nel caso bimodale, una punta dell’ugello più grande di 1,6 mm è stata utilizzata per accogliere le particelle più grandi presenti, mentre una punta di 400 micron (diametro) è stata utilizzata per il caso unimodale. In entrambi i casi, il profilo della superficie è stato acquisito utilizzando l’interferometria a luce bianca con un’area di scansione di 0,7 mm × 0,5 mm sulla superficie superiore. La barra dei colori mostra la variazione di altezza seguendo le linee orizzontali tracciate sul campione. 
(a) Diagramma schematico e (b) immagini reali del processo di scrittura diretta assistita da UV (UADW) per la stampa di un magnete a forma di cubo. Lo schema è riprodotto dalla precedente pubblicazione degli autori [1]. Ristampato con il permesso di Elsevier. 
(a) – (d) Micrografie elettroniche a scansione (SEM) di particelle NdFeB setacciate a fusione avente una dimensione media delle particelle, o diametro sferico equivalente, di 5, 20, 80, 200 μm, come determinato dalla diffrazione laser. (e) Distribuzione granulometrica delle particelle NdFeB setacciate e fuse. Le linee continue sono distribuzione cumulativa.