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Stephen Moore | 07 novembre 2016

Les scientifiques ont fabriqué des aimants liés au néodyme-fer-bore (NdFeB) isotropes, de forme presque nette, dans l'installation de démonstration de fabrication du DOE à ORNL, à l'aide de la machine de fabrication additive à grande surface (BAAM). Le résultat, publié dans Scientific Reports, était un produit doté de propriétés magnétiques, mécaniques et microstructurales comparables ou supérieures à celles des aimants liés fabriqués par moulage par injection traditionnel avec la même composition.

Les granulés composites sont fondus, composés et extrudés couche par couche dans les formes souhaitées.

Le processus de fabrication additive a commencé avec des pellets composites composés de 65 % en volume de poudre de NdFeB isotrope et de 35 % de polyamide (PA 12) fabriqués par Magnet Applications, Inc. Les pellets ont été fondus, mélangés et extrudés couche par couche par BAAM dans les formes souhaitées. .

Alors que la fabrication conventionnelle d'aimants frittés peut entraîner un gaspillage de matériaux allant jusqu'à 30 à 50 pour cent, la fabrication additive capturera et réutilisera simplement ces matériaux avec presque aucun déchet, a déclaré Parans Paranthaman, chercheur principal et chef de groupe de la division des sciences chimiques de l'ORNL. Le projet a été financé par le Critical Materials Institute (CMI) du DOE.

L’utilisation d’un processus qui préserve la matière est particulièrement importante dans la fabrication d’aimants permanents fabriqués à partir de néodyme et de dysprosium, des éléments de terres rares extraits et séparés en dehors des États-Unis. Les aimants NdFeB sont les plus puissants au monde et sont utilisés dans de nombreux domaines, depuis les disques durs d'ordinateurs et les écouteurs jusqu'aux technologies d'énergie propre telles que les véhicules électriques et les éoliennes.

Le processus d'impression non seulement préserve les matériaux, mais produit également des formes complexes, ne nécessite aucun outillage et est plus rapide que les méthodes d'injection traditionnelles, ce qui pourrait conduire à un processus de fabrication beaucoup plus économique, a déclaré Paranthaman.

"La fabrication évolue rapidement et un client peut avoir besoin de 50 modèles différents pour les aimants qu'il souhaite utiliser", a déclaré Ling Li, chercheur et co-auteur de l'ORNL. Le moulage par injection traditionnel nécessiterait des dépenses liées à la création d'un nouveau moule et d'un nouvel outillage pour chacun, mais avec la fabrication additive, les formes peuvent être fabriquées simplement et rapidement à l'aide de la conception assistée par ordinateur, a-t-elle expliqué.

Les travaux futurs exploreront l’impression d’aimants liés anisotropes ou directionnels, qui sont plus puissants que les aimants isotropes qui n’ont pas de direction de magnétisation préférée. Les chercheurs examineront également l’effet du type de liant, de la fraction de charge de poudre magnétique et de la température de traitement sur les propriétés magnétiques et mécaniques des aimants imprimés.

Alex King, directeur du Critical Materials Institute, estime que ces recherches ont un énorme potentiel. "La capacité d'imprimer des aimants à haute résistance dans des formes complexes change la donne pour la conception de moteurs et de générateurs électriques efficaces", a-t-il déclaré. "Cela supprime bon nombre des restrictions imposées par les méthodes de fabrication actuelles."

"Ce travail a démontré le potentiel de la fabrication additive à appliquer à la fabrication d'une large gamme de matériaux et d'assemblages magnétiques", a déclaré le co-auteur John Ormerod. « Magnet Applications et nombre de nos clients sont ravis d'explorer l'impact commercial de cette technologie dans un avenir proche », a-t-il déclaré.

Ling Li, Angelica Tirado, Orlando Rios, Brian Post, Vlastimil Kunc, RR Lowden et Edgar Lara-Curzio de l'ORNL, ainsi que les chercheurs IC Nlebedim et Thomas Lograsso travaillant avec le CMI du laboratoire Ames ont contribué au projet. Robert Fredette et John Ormerod de Magnet Applications Inc. (MAI) ont contribué au projet grâce à une collaboration technologique MDF. L'Advanced Manufacturing Office du DOE apporte son soutien au Manufacturing Demonstration Facility de l'ORNL, un partenariat public-privé visant à impliquer l'industrie dans les laboratoires nationaux.

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