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Esteban Moore | 07 de noviembre de 2016

Los científicos fabricaron imanes unidos de neodimio-hierro-boro (NdFeB) isotrópicos, de forma casi neta, en las instalaciones de demostración de fabricación del DOE en ORNL utilizando la máquina de fabricación aditiva de área grande (BAAM). El resultado, publicado en Scientific Reports, fue un producto con propiedades magnéticas, mecánicas y microestructurales comparables o mejores que los imanes adheridos fabricados mediante moldeo por inyección tradicional con la misma composición.

Los gránulos compuestos se funden, se combinan y se extruyen capa por capa en las formas deseadas.

El proceso de fabricación aditiva comenzó con gránulos compuestos que consistían en un 65 por ciento en volumen de polvo isotrópico de NdFeB y un 35 por ciento de poliamida (PA 12) fabricados por Magnet Applications, Inc. BAAM fundió, compuso y extruyó capa por capa los gránulos en las formas deseadas. .

Si bien la fabricación convencional de imanes sinterizados puede generar un desperdicio de material de entre un 30 y un 50 por ciento, la fabricación aditiva simplemente capturará y reutilizará esos materiales con casi cero desperdicio, dijo Parans Paranthaman, investigador principal y líder de grupo en la División de Ciencias Químicas de ORNL. El proyecto fue financiado por el Instituto de Materiales Críticos (CMI) del DOE.

Usar un proceso que conserve el material es especialmente importante en la fabricación de imanes permanentes hechos con neodimio y disprosio, elementos de tierras raras que se extraen y separan fuera de los Estados Unidos. Los imanes de NdFeB son los más potentes del planeta y se utilizan en todo, desde discos duros de ordenadores y auriculares hasta tecnologías de energía limpia, como vehículos eléctricos y turbinas eólicas.

El proceso de impresión no sólo conserva materiales sino que también produce formas complejas, no requiere herramientas y es más rápido que los métodos de inyección tradicionales, lo que potencialmente resulta en un proceso de fabricación mucho más económico, dijo Paranthaman.

"La fabricación está cambiando rápidamente y un cliente puede necesitar 50 diseños diferentes para los imanes que desea utilizar", dijo Ling Li, investigador y coautor de ORNL. El moldeo por inyección tradicional requeriría el gasto de crear un nuevo molde y herramientas para cada uno, pero con la fabricación aditiva las formas se pueden crear de forma sencilla y rápida utilizando un diseño asistido por computadora, explicó.

El trabajo futuro explorará la impresión de imanes unidos anisotrópicos o direccionales, que son más fuertes que los imanes isotrópicos que no tienen una dirección de magnetización preferida. Los investigadores también examinarán el efecto del tipo de aglutinante, la fracción de carga del polvo magnético y la temperatura de procesamiento sobre las propiedades magnéticas y mecánicas de los imanes impresos.

Alex King, director del Critical Materials Institute, cree que esta investigación tiene un enorme potencial. "La capacidad de imprimir imanes de alta resistencia en formas complejas cambia las reglas del juego para el diseño de motores y generadores eléctricos eficientes", dijo. "Elimina muchas de las restricciones impuestas por los métodos de fabricación actuales".

"Este trabajo ha demostrado el potencial de la fabricación aditiva para aplicarse a la fabricación de una amplia gama de conjuntos y materiales magnéticos", dijo el coautor John Ormerod. "Magnet Applications y muchos de nuestros clientes están entusiasmados de explorar el impacto comercial de esta tecnología en un futuro próximo", afirmó.

Al proyecto contribuyeron Ling Li, Angelica Tirado, Orlando Ríos, Brian Post, Vlastimil Kunc, RR Lowden y Edgar Lara-Curzio en ORNL, así como los investigadores IC Nlebedim y Thomas Lograsso que trabajan con CMI en el Laboratorio Ames. Robert Fredette y John Ormerod de Magnet Applications Inc. (MAI) contribuyeron al proyecto mediante una colaboración tecnológica de MDF. La Oficina de Fabricación Avanzada del DOE brinda apoyo al Centro de Demostración de Fabricación de ORNL, una asociación público-privada para involucrar a la industria con laboratorios nacionales.

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