Τεχνολογία – Μαγνήτες: Για πρώτη φορά μαγνήτης μπορεί να κατασκευαστεί με έναν εκτυπωτή τρισδιάστατων αντικειμένων

Το ερώτημα που έχει από καιρό τεθεί στην περιοχή της κατασκευής μαγνητών είναι: Πώς μπορεί να κατασκευάσει κάποιος ένα μαγνήτη με ακριβώς το σωστό μαγνητικό πεδίο που χρειάζεται κάπου; Σήμερα, δεν είναι πρόβλημα από τεχνικής άποψης να κατασκευαστούν ισχυροί μαγνήτες. Το πρόβλημα εμφανίζεται και τα πράγματα γίνονται δύσκολα όταν απαιτείται να κατασκευαστεί ένας σταθερός μαγνήτης με μαγνητικό πεδίο ενός προκαθορισμένου σχήματος. Αυτό ίσχυε μέχρι τώρα, χάρη στη νέα λύση που δόθηκε στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης (TU Wien): Για πρώτη φορά, μπορούν να παραχθούν σταθεροί μαγνήτες χρησιμοποιώντας 3D εκτυπωτές.

Αυτό επιτρέπει να μπορεί να παραχθούν μαγνήτες με σύνθετες μορφές και ακριβώς προσαρμοσμένα μαγνητικά πεδία, που απαιτούνται, για παράδειγμα, σε μαγνητικούς αισθητήρες. «Η ένταση ενός μαγνητικού πεδίου δεν είναι ο μόνος παράγοντας», είπε ο Dieter Süss, από το Εργαστήριο Christian Doppler για Προηγμένους Μαγνητικούς Αισθητήρες και Υλικά, στο TU Wien. «Συχνά χρειαζόμαστε ειδικά μαγνητικά πεδία με τις μαγνητικές γραμμές να διευθετούνται με ένα ιδιαίτερο τρόπο – όπως ένα μαγνητικό πεδίο που είναι σχετικά σταθερό σε μια διεύθυνση, αλλά στο οποίο να ποικίλει η ένταση σε άλλη διεύθυνση».

Για να επιτευχθούν τέτοιες απαιτήσεις, οι μαγνήτες πρέπει να παράγονται με μια εκλεπτυσμένη γεωμετρική μορφή. «Ένας μαγνήτης μπορεί να σχεδιαστεί σε έναν υπολογιστή, προσαρμόζοντας το σχήμα του μέχρις ότου ικανοποιηθούν όλες οι προδιαγραφές για το μαγνητικό πεδίο», εξηγεί το μέλος της ερευνητικής ομάδας Christian Huber. Αλλά το ερώτημα ήταν: Αφού έχει αποφασιστεί το γεωμετρικό σχήμα, πώς θα μπορέσει να εφαρμοστεί αυτός ο σχεδιασμός; Η εφαρμογή μιας διαδικασίας μορφοποίησης με έκχυση είναι μια λύση, αλλά αυτή απαιτεί τη δημιουργία ενός καλουπιού, πράγμα που είναι χρονοβόρο και ακριβό, καθιστώντας τη μέθοδο αυτή να αξίζει μόλις και μετά βίας τον κόπο για την παραγωγή μικρών ποσοτήτων.

Μαγνήτης σε σχήμα παρόμοιο με κύπελλο, κατασκευάζεται σε εκτυπωτή τρισδιάστατων αντικειμένων.

Τώρα, υπάρχει μια πολύ πιο απλή μέθοδος: Ο πρώτος εκτυπωτής τρισδιάστατων (3D) αντικειμένων, οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παραγάγει μαγνητικά υλικά, που δημιουργήθηκε στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης. Οι 3D εκτυπωτές οι οποίοι δημιουργούν πλαστικές δομές υπάρχουν για αρκετό χρονικό διάστημα και ο εκτυπωτής μαγνητών λειτουργεί με πολύ όμοιο τρόπο. Η διαφορά είναι ότι ο εκτυπωτής μαγνητών χρησιμοποιεί ειδικά παραγόμενα νήματα μαγνητικών μικρόκοκκων, που συγκρατούνται με ένα πολυμερές συνδετικό υλικό. Ο εκτυπωτής θερμαίνει το υλικό και το εφαρμόζει σημείο προς σημείο στην επιθυμητή θέση χρησιμοποιώντας ένα ακροφύσιο. Το αποτέλεσμα είναι ένα τρισδιάστατο αντικείμενο που συντίθεται από 90% μαγνητικό υλικό και 10% πλαστικό.

Το τελικό προϊόν δεν είναι ακόμη μαγνητικό, επειδή οι κόκκοι χρησιμοποιούνται σε μια μη-μαγνητισμένη κατάσταση. Πολύ κοντά στο τέλος της διαδικασίας, το τελικό αντικείμενο εκτίθεται σε ένα ισχυρό εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, που το μετατρέπει σε μόνιμο μαγνήτη. Τα σχέδια μαγνητών που δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας υπολογιστή μπορούν τώρα γρήγορα και με ακρίβεια σε εφαρμοστούν, σε μεγέθη που κυμαίνονται από λίγα εκατοστά μέχρι δεκατόμετρα, με ακρίβεια κάτω από ένα μόνο χιλιοστό.

Ένας ολόκληρος κόσμος από νέες δυνατότητες ανοίγει πλέον μπροστά στους επιστήμονες και τους μηχανικούς. Μπορούν, μέσα σε ένα μαγνήτη, να χρησιμοποιηθούν διαφορετικά υλικά για να δημιουργηθεί, για παράδειγμα, μια ομαλή μετάβαση μεταξύ ισχυρού και ασθενούς μαγνητικού πεδίου. «Τώρα θα ελέγξουμε τα όρια, πόσο μακριά μπορούμε να πάμε», δήλωσε ο Dieter Süss, «αλλά προς το παρόν είναι βέβαιο ότι η 3D εκτύπωση φέρνει κάτι στο σχεδιασμό μαγνήτη, το οποίο θα μπορούσαμε μόνο να ονειρευτούμε στο παρελθόν».

Πηγή: Technische Universität Wien

Περισσότερα στη δημοσίευση: 3D print of polymer bonded rare-earth magnets, and 3D magnetic field scanning with an end-user 3D printer. Appl. Phys. Lett. 109