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スティーブン・ムーア 2016 年 11 月 7 日

科学者らは、ORNL にある DOE の製造実証施設で、大面積積層造形 (BAAM) 装置を使用して、等方性のニアネットシェイプのネオジム鉄ホウ素 (NdFeB) ボンド磁石を製造しました。 Scientific Reports に発表されたその結果は、同じ組成で従来の射出成形を使用して製造されたボンド磁石と同等またはそれ以上の磁気特性、機械特性、および微細構造特性を備えた製品でした。

複合ペレットは、溶融、配合され、層ごとに所望の形状に押し出されます。

積層造形プロセスは、Magnet Applications, Inc. によって製造された 65 体積パーセントの等方性 NdFeB 粉末と 35 パーセントのポリアミド (PA 12) で構成される複合ペレットから始まりました。ペレットは、BAAM によって溶融、配合され、層ごとに所望の形状に押出成形されました。 。

従来の焼結磁石の製造では30～50パーセントもの材料廃棄が発生する可能性があるが、積層造形ではこれらの材料を回収して再利用するだけで、廃棄物はほぼゼロになるとORNLの化学科学部門の主任研究者でグループリーダーのパランス・パランサマン氏は述べた。 このプロジェクトは DOE の重要材料研究所 (CMI) から資金提供を受けました。

材料を節約するプロセスを使用することは、米国外で採掘および分離される希土類元素であるネオジム、ジスプロシウムを使用して作られた永久磁石の製造において特に重要です。 NdFeB 磁石は地球上で最も強力であり、コンピューターのハードドライブやヘッドフォンから、電気自動車や風力タービンなどのクリーン エネルギー技術に至るまで、あらゆるものに使用されています。

印刷プロセスは材料を節約するだけでなく、複雑な形状を生成し、工具を必要とせず、従来の射出法よりも高速であるため、潜在的により経済的な製造プロセスが実現する可能性があるとパランタマン氏は述べた。

「製造業は急速に変化しており、顧客は使用したい磁石に対して 50 種類の異なる設計を必要とするかもしれません」と ORNL の研究者で共著者の Ling Li 氏は述べています。 従来の射出成形では、それぞれに新しい金型と工具を作成する費用が必要でしたが、積層造形では、コンピューター支援設計を使用して形状を簡単かつ迅速に作成できると彼女は説明しました。

今後の研究では、優先磁化方向を持たない等方性磁石よりも強力な、異方性または方向性のあるボンド磁石の印刷を検討する予定です。 研究者らはまた、結合剤の種類、磁性粉末の配合割合、加工温度が印刷磁石の磁気的および機械的特性に及ぼす影響を調査する予定です。

クリティカルマテリアルズ研究所所長のアレックス・キング氏は、この研究には大きな可能性があると考えています。 「高強度の磁石を複雑な形状に印刷できる能力は、効率的な電気モーターと発電機の設計に大きな変革をもたらします」と彼は言いました。 「これにより、今日の製造方法によって課せられている制限の多くが取り除かれます。」

「この研究は、積層造形が幅広い磁性材料やアセンブリの製造に適用できる可能性を実証しました」と共著者のジョン・オーメロッド氏は述べています。 「Magnet Applications と多くの顧客は、近い将来、このテクノロジーの商業的影響を探ることに興奮しています」と彼は述べました。

このプロジェクトに貢献したのは、ORNL の Ling Li 氏、Angelica Tirado 氏、Orlando Rios 氏、Brian Post 氏、Vlastimil Kunc 氏、RR Lowden 氏、Edgar Lara-Curzio 氏、そしてエイムズ研究所で CMI と協力している研究員 IC Nlebedim 氏と Thomas Lograsso 氏です。 Magnet Applications Inc. (MAI) の Robert Fredette と John Ormerod は、MDF テクノロジーのコラボレーションを通じてプロジェクトに貢献しました。 DOE の先進製造オフィスは、産業界と国立研究所との連携を目的とした官民パートナーシップである ORNL の製造デモンストレーション施設をサポートしています。

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