Produzione additiva: opportunità e sfide per materiali magnetici funzionali

Realizzazione di materiali magnetici all’Università di Pittsburgh: stampa 3D Binder Jet vs deposito di metallo laser

I ricercatori dell’Università di Pittsburgh esplorano il mondo in continua espansione dei vantaggi tramite la stampa 3D, descrivendo in dettaglio il loro lavoro nella ” Produzione additiva: opportunità e sfide per materiali magnetici funzionali ” recentemente pubblicata .

Mentre il regno di produzione è senza dubbio subendo una trasformazione, ci sono ancora numerose sfide da superare per quanto riguarda 3D stampanti , 3D software di stampa , e una vasta gamma di materiali, dai materiali termoplastici al metallo , e oltre.

La produzione con materiali magnetici non è inaudita – dalla stampa con materiali compositi a blocchi magnetici e altre innovazioni – eppure, come sottolineano i ricercatori nella loro ricerca, AM di memoria a forma magnetica e materiali magnetocalorici “non deve ancora essere sviluppato come opzione di produzione”, nonostante il potenziale utilizzo in così tante applicazioni diverse.

Per questo studio, gli autori hanno sperimentato la stampa 3D a getto di legante (BJ3DP) e la deposizione di metallo laser (LMD). Polvere schiacciata e macinata a sfera è stata utilizzata sotto forma di nastro fuso (Ni-Mn-Co-Sn), lingotti policristallini (Ni-Mn-Ga, Ni-Mn-Cu-Ga) e cristalli singoli (Ni-MnGa ).

I ricercatori lo hanno setacciato per i loro scopi nello studio di ricerca, manipolando le dimensioni per la migliore stampa con BJ3DP (usando un sistema ExOne Lab ) e LMD (usando un sistema Optemec ​​LENS® 450 LMD ). I campioni sono stati fabbricati e quindi tenuti in confronto rispetto alle controparti omogeneizzate.

Mentre i ricercatori hanno goduto del vantaggio di essere in grado di utilizzare diverse polveri, insieme alla messa a punto dei parametri in situ che consente strutture a gradiente, ci sono state anche difficoltà nell’uso della tecnica LMD:

“Le strutture a gradiente sono desiderate in alcune applicazioni, ma la variazione della struttura e delle proprietà all’interno delle parti potrebbe essere una sfida. La polvere macinata a sfera di forma irregolare è facilmente prodotta ma mostra velocità di flusso incoerenti attraverso gli alimentatori di polvere e, quindi, forme costruite incoerenti, a differenza della polvere sferica ideale ”, hanno spiegato i ricercatori.

Sperimentando BJ3DP, i ricercatori hanno notato che la densità apparente potrebbe essere variata mentre manipolavano i parametri; tuttavia, si è verificato un problema con il restringimento.

“Sebbene le applicazioni strutturali richiedano alta densità, i materiali magnetici funzionali possono beneficiare della porosità. Non sciogliendo la polvere durante la stampa, la composizione originale della polvere rimane intatta e non si sviluppano stress termici residui “, hanno spiegato gli autori.

L’uso complessivo di BJ3DP ha rivelato una sfida non solo con il restringimento, ma anche con effetti di legante e polvere, con le goccioline che si depositano sul letto in vari modi a seconda della polvere e delle dimensioni delle goccioline.

“Sebbene esistano molte sfide per ciascun metodo AM discusso e non discusso qui, ci sono anche molti vantaggi”, hanno concluso i ricercatori.

“A seconda del metodo AM, una maggiore complessità nella forma, la capacità di progettare e indirizzare la composizione e le proprietà costanti e gradiente e la porosità bimodale progettata sono alcune delle nuove possibilità disponibili. Questi vantaggi presentano il potenziale di espandere i materiali magnetici funzionali a nuove applicazioni attualmente impossibili. “