3D打印磁體：怎樣才能制備具有特定磁場(chǎng)的磁體呢？

　　今天，制造強(qiáng)磁體在技術(shù)上已經(jīng)不是什么問題了。但是，要制造具有特定的預(yù)先設(shè)計(jì)形狀的磁場(chǎng)的永磁體還是一件困難的事。也就是，直到現(xiàn)在，得益于維也納技術(shù)大學(xué)設(shè)計(jì)的這一新的解決方案：我們才能史上第一次用3D打印機(jī)制造出永磁體。這使得我們可以制作例如在磁傳感器中所需的具有復(fù)雜外形和精確的定制化磁場(chǎng)的磁體。

　　在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)

　　“磁場(chǎng)的強(qiáng)度并不是唯一的要素，”維也納技術(shù)大學(xué)Christian-Doppler先進(jìn)磁傳感及其材料實(shí)驗(yàn)室的主任Dieter SüSS說(shuō)。“我們通常需要特定的磁場(chǎng)，其磁力線以一個(gè)特別的方式進(jìn)行排列——例如磁場(chǎng)在某一方向上相對(duì)恒定，但在另一個(gè)方向上強(qiáng)度變化。

　　為了達(dá)到這樣的要求，磁體必須制造成一個(gè)復(fù)雜的幾何形狀。“可以在電腦上對(duì)磁體進(jìn)行設(shè)計(jì)，調(diào)整其形狀直到其滿足我們所需要的磁場(chǎng)，”Dieter Süss研究組里的博士生Christian Huber解釋說(shuō)。

　　但是，就算你已經(jīng)設(shè)計(jì)好了所需要的幾何形狀，你又要怎樣去實(shí)現(xiàn)你的設(shè)計(jì)呢?注塑成型工藝是一種方案，但這需要費(fèi)時(shí)費(fèi)錢地制作模具，這使得這種方案對(duì)于小批量的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)顯得很不劃算。

　　聚合物基體中的微小磁性粒子

　　現(xiàn)在，有了一個(gè)更簡(jiǎn)單的方法：維也納技術(shù)大學(xué)制作了第一臺(tái)可用于生產(chǎn)磁性材料的3D打印機(jī)。制備塑料結(jié)構(gòu)的3D打印機(jī)的出現(xiàn)已經(jīng)有一段時(shí)間了，磁體打印機(jī)的原理和它們差不多。不同之處是，磁體打印機(jī)使用特制的由聚合物粘結(jié)材料將磁性微顆粒粘合在一起形成的絲。打印機(jī)對(duì)該材料進(jìn)行加熱，并將其用噴嘴逐點(diǎn)噴在所需的位置上。其結(jié)果是得到了一個(gè)由大約90%的磁性材料和10%的塑料組成的三維物體。

　　然而，最終的產(chǎn)品現(xiàn)在還是沒有磁性的，這是因?yàn)轭w粒的部署方式是一種非磁化的狀態(tài)。在該過程的最后一步，完成的樣品被置于一個(gè)強(qiáng)大的外部磁場(chǎng)中，將其轉(zhuǎn)換成永磁體。

　　“這種方法使我們能夠加工各種各樣的磁性材料，例如特別強(qiáng)的釹鐵硼磁體，”Dieter Süss解釋說(shuō)。“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的磁體現(xiàn)在可以快速而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了——尺寸范圍可以從幾厘米到幾分米，精度達(dá)到了一個(gè)毫米。”

　　一個(gè)全新的充滿可能性的世界

　　這個(gè)工藝不僅快速和便宜，它還開辟了用別的技術(shù)無(wú)法想象的新的可能性：例如，你可以在同一個(gè)磁體中使用不同的材料，來(lái)在強(qiáng)磁體和弱磁體之間產(chǎn)生一個(gè)平緩的過渡。“現(xiàn)在我們將試驗(yàn)我們能走多遠(yuǎn)的極限——但現(xiàn)在可以肯定的是，3D打印給磁體的設(shè)計(jì)帶來(lái)了一些我們以前只能夢(mèng)想的東西，”Dieter Süss宣稱。