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Stephen Moore | 07 de novembro de 2016

Os cientistas fabricaram ímãs isotrópicos, quase em forma de rede, ligados por neodímio-ferro-boro (NdFeB) na Instalação de Demonstração de Fabricação do DOE em ORNL usando a máquina Big Area Additive Manufacturing (BAAM). O resultado, publicado na Scientific Reports, foi um produto com propriedades magnéticas, mecânicas e microestruturais comparáveis ​​ou melhores do que os ímãs ligados feitos por moldagem por injeção tradicional com a mesma composição.

Pelotas compostas são derretidas, compostas e extrudadas camada por camada nas formas desejadas.

O processo de fabricação aditiva começou com pellets compostos consistindo de 65% em volume de pó isotrópico de NdFeB e 35% de poliamida (PA 12) fabricados pela Magnet Applications, Inc. Os pellets foram derretidos, compostos e extrudados camada por camada pela BAAM nas formas desejadas .

Embora a fabricação convencional de ímãs sinterizados possa resultar em desperdício de material de até 30 a 50 por cento, a fabricação aditiva irá simplesmente capturar e reutilizar esses materiais com quase zero desperdício, disse Parans Paranthaman, investigador principal e líder do grupo na Divisão de Ciências Químicas do ORNL. O projeto foi financiado pelo Critical Materials Institute (CMI) do DOE.

Usar um processo que conserva material é especialmente importante na fabricação de ímãs permanentes feitos com neodímio e disprósio – elementos de terras raras que são extraídos e separados fora dos Estados Unidos. Os ímãs NdFeB são os mais poderosos do planeta e são usados ​​em tudo, desde discos rígidos de computadores e fones de ouvido até tecnologias de energia limpa, como veículos elétricos e turbinas eólicas.

O processo de impressão não apenas conserva materiais, mas também produz formas complexas, não requer ferramentas e é mais rápido do que os métodos tradicionais de injeção, resultando potencialmente em um processo de fabricação muito mais econômico, disse Paranthaman.

“A fabricação está mudando rapidamente e um cliente pode precisar de 50 designs diferentes para os ímãs que deseja usar”, disse o pesquisador e coautor do ORNL, Ling Li. A moldagem por injeção tradicional exigiria o custo da criação de um novo molde e ferramentas para cada um, mas com a fabricação aditiva os formulários podem ser criados de forma simples e rápida usando design assistido por computador, explicou ela.

Trabalhos futuros explorarão a impressão de ímãs ligados anisotrópicos ou direcionais, que são mais fortes do que ímãs isotrópicos que não possuem direção de magnetização preferencial. Os pesquisadores também examinarão o efeito do tipo de aglutinante, da fração de carga do pó magnético e da temperatura de processamento nas propriedades magnéticas e mecânicas dos ímãs impressos.

Alex King, Diretor do Critical Materials Institute, acredita que esta pesquisa tem um enorme potencial. “A capacidade de imprimir ímãs de alta resistência em formatos complexos é uma virada de jogo para o projeto de motores e geradores elétricos eficientes”, disse ele. “Isso elimina muitas das restrições impostas pelos métodos de fabricação atuais.”

“Este trabalho demonstrou o potencial da fabricação aditiva para ser aplicada à fabricação de uma ampla gama de materiais e montagens magnéticas”, disse o coautor John Ormerod. “A Magnet Applications e muitos de nossos clientes estão entusiasmados em explorar o impacto comercial desta tecnologia em um futuro próximo”, afirmou.

Contribuíram para o projeto Ling Li, Angelica Tirado, Orlando Rios, Brian Post, Vlastimil Kunc, RR Lowden e Edgar Lara-Curzio do ORNL, bem como os pesquisadores IC Nlebedim e Thomas Lograsso trabalhando com CMI no Laboratório Ames. Robert Fredette e John Ormerod da Magnet Applications Inc. (MAI) contribuíram para o projeto através de uma colaboração tecnológica de MDF. O Escritório de Fabricação Avançada do DOE fornece suporte para o Centro de Demonstração de Fabricação do ORNL, uma parceria público-privada para envolver a indústria com laboratórios nacionais.

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