3D

스티븐 무어 | 2016년 11월 7일

과학자들은 BAAM(대면적 적층 제조) 기계를 사용하여 ORNL에 있는 DOE의 제조 시연 시설에서 등방성, 거의 그물 모양의 네오디뮴-철-붕소(NdFeB) 결합 자석을 제작했습니다. 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 발표된 결과는 동일한 구성의 기존 사출 성형을 사용하여 만든 본드 자석과 비슷하거나 더 나은 자기적, 기계적 및 미세 구조적 특성을 지닌 제품이었습니다.

복합 펠릿은 용융되고, 혼합되고, 원하는 형태로 층별로 압출됩니다.

적층 가공 공정은 Magnet Application, Inc.에서 제조한 등방성 NdFeB 분말 65부피%와 폴리아미드(PA 12) 35%로 구성된 복합 펠릿으로 시작되었습니다. 펠릿은 BAAM에 의해 용융되고, 혼합되고, 층별로 압출되어 원하는 형태로 만들어졌습니다. .

기존의 소결 자석 제조에서는 30~50% 정도의 재료 낭비가 발생할 수 있지만, 적층 가공은 거의 폐기물 없이 이러한 재료를 포착하고 재사용할 수 있다고 ORNL 화학 과학 부문의 수석 조사관이자 그룹 리더인 Parans Paranthaman이 말했습니다. 이 프로젝트는 DOE의 CMI(Critical Materials Institute)에서 자금을 지원 받았습니다.

미국 이외의 지역에서 채굴 및 분리되는 희토류 원소인 네오디뮴, 디스프로슘으로 만든 영구 자석을 제조할 때 재료를 보존하는 공정을 사용하는 것이 특히 중요합니다. NdFeB 자석은 지구상에서 가장 강력하며 컴퓨터 하드 드라이브 및 헤드폰부터 전기 자동차 및 풍력 터빈과 같은 청정 에너지 기술에 이르기까지 모든 분야에 사용됩니다.

인쇄 공정은 재료를 절약할 뿐만 아니라 복잡한 형상을 생산하고 도구가 필요하지 않으며 전통적인 사출 방법보다 빠르기 때문에 잠재적으로 훨씬 더 경제적인 제조 공정이 가능하다고 Paranthaman은 말했습니다.

ORNL 연구원이자 공동 저자인 Ling Li는 "제조업은 빠르게 변화하고 있으며 고객은 사용하려는 자석에 대해 50가지의 서로 다른 디자인이 필요할 수 있습니다."라고 말했습니다. 전통적인 사출 성형에서는 각각에 대해 새로운 금형과 툴링을 만드는 데 비용이 필요하지만 적층 제조를 사용하면 컴퓨터 지원 설계를 사용하여 형태를 간단하고 빠르게 제작할 수 있다고 그녀는 설명했습니다.

향후 연구에서는 선호하는 자화 방향이 없는 등방성 자석보다 더 강한 이방성 또는 방향성 결합 자석의 프린팅을 탐구할 것입니다. 연구원들은 또한 바인더 유형, 자성 분말의 로딩 비율, 가공 온도가 인쇄된 자석의 자기적 및 기계적 특성에 미치는 영향을 조사할 것입니다.

Critical Materials Institute의 소장인 Alex King은 이 연구가 엄청난 잠재력을 가지고 있다고 생각합니다. “복잡한 형태의 고강도 자석을 인쇄할 수 있는 능력은 효율적인 전기 모터 및 발전기 설계의 판도를 바꾸는 것입니다.”라고 그는 말했습니다. "이것은 오늘날의 제조 방법에 부과된 많은 제한 사항을 제거합니다."

공동 저자인 John Ormerod는 “이 연구는 광범위한 자성 재료 및 어셈블리 제조에 적층 가공이 적용될 수 있다는 가능성을 보여주었습니다.”라고 말했습니다. “자석 응용 프로그램과 많은 고객은 가까운 미래에 이 기술의 상업적 영향을 탐색하게 되어 기쁘게 생각합니다.”라고 그는 말했습니다.

이 프로젝트에 기여한 사람은 ORNL의 Ling Li, Angelica Tirado, Orlando Rios, Brian Post, Vlastimil Kunc, RR Lowden 및 Edgar Lara-Curzio뿐 아니라 Ames Laboratory에서 CMI와 함께 일하는 연구원 IC Nlebedim 및 Thomas Lograsso였습니다. MAI(Magnet Application Inc.)의 Robert Fredette와 John Ormerod는 MDF 기술 협력을 통해 프로젝트에 기여했습니다. DOE의 첨단 제조 사무소(Advanced Manufacturing Office)는 업계와 국립 연구소를 참여시키기 위한 민관 파트너십인 ORNL의 제조 시연 시설에 대한 지원을 제공합니다.

텍스트 형식에 대한 추가 정보

놀라운 새로운 플라스틱 응용 분야 등에 대한 당사의 보도 내용을 확인하십시오.