Des éoliennes et moteurs électriques aux capteurs et systèmes de commutation magnétique, les aimants permanents ont de nombreuses applications électriques. La production de ces aimants implique généralement un frittage ou un moulage par injection. Mais en raison de la miniaturisation croissante de l'électronique et des exigences plus strictes, cela place sur les composants magnétiques en termes de géométrie, ces méthodes de fabrication conventionnelles sont souvent insuffisantes. Technologies de fabrication additive, cependant, offrir la souplesse de forme requise, permettant la production d'aimants adaptés aux exigences de l'application en question.

Aimants sur mesure

Des chercheurs de la TU Graz—en collaboration avec des collègues de l'Université de Vienne et de la Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ainsi qu'une équipe de Joanneum Research à Graz—ont maintenant réussi à fabriquer des super-aimants à l'aide de lasers Technologie d'impression 3D. Le procédé utilise une forme en poudre du matériau magnétique, qui est appliqué en couches et fondu pour lier les particules, résultant en des composants purement métalliques. L'équipe de scientifiques a maintenant développé le processus à un stade où ils sont capables d'imprimer des aimants avec une densité relative élevée tout en parvenant à contrôler leurs microstructures. "La combinaison de ces deux caractéristiques permet une utilisation efficace des matériaux car cela signifie que nous pouvons adapter avec précision les propriétés magnétiques en fonction de l'application, " expliquent Siegfried Arneitz et Mateusz Skalon de l'Institute of Materials Science, Assemblage et formation à la TU Graz.

L'objectif initial du groupe de recherche était la production de néodyme, ou NdFeB, aimants. En raison de ses propriétés chimiques, le néodyme, un métal des terres rares, est utilisé comme base pour de nombreux aimants permanents puissants qui sont des composants cruciaux pour de nombreuses applications importantes, y compris les ordinateurs et les smartphones. Les chercheurs ont publié une description détaillée de leurs travaux dans la revue Materials. Dans d'autres applications, tels que les freins électriques, interrupteurs magnétiques et certains systèmes de moteurs électriques, la forte force des aimants NdFeB est inutile et également indésirable.

Recherche d'alternatives aux terres rares

Pour cette raison, Siegfried Arneitz, un doctorat étudiant à l'Institut des sciences des matériaux de la TU Graz, Joindre et former, poursuit ses recherches sur les aimants imprimés en 3D en s'appuyant sur les résultats obtenus jusqu'à présent. Il rédige sa thèse sur l'impression 3D d'aimants Fe-Co (fer et cobalt). Ces aimants représentent une alternative prometteuse aux aimants NdFeB à deux égards :l'extraction de métaux des terres rares est gourmande en ressources et peu attractive du point de vue de la durabilité, et le recyclage de ces métaux en est encore à ses balbutiements. Mais les aimants Fe-Co sont moins nocifs pour l'environnement.

Les métaux des terres rares perdent également leurs propriétés magnétiques à des températures plus élevées, tandis que les alliages spéciaux Fe-Co conservent leurs performances magnétiques à des températures de 200° à 400° Celsius et démontrent une bonne stabilité de température.

Arneitz est optimiste quant à ses premières conclusions :« Des calculs théoriques ont montré que les propriétés magnétiques de ces matériaux peuvent être améliorées d'un facteur deux ou trois. Compte tenu de la flexibilité de forme offerte par l'impression 3D, nous sommes convaincus que nous pouvons nous rapprocher de cet objectif. Nous allons continuer à travailler sur ce sujet en collaboration avec divers autres instituts afin que nous puissions développer des matériaux magnétiques alternatifs pour les domaines dans lesquels les aimants en néodyme ne sont pas nécessaires."