Da turbine eoliche e motori elettrici a sensori e sistemi di commutazione magnetica, i magneti permanenti hanno molte applicazioni elettriche. La produzione di questi magneti di solito comporta la sinterizzazione o lo stampaggio a iniezione. Ma a causa della crescente miniaturizzazione dell'elettronica e dei requisiti più esigenti, questo pone su componenti magnetici in termini di geometria, questi metodi di produzione convenzionali sono spesso insufficienti. Tecnologie di produzione additiva, però, offrono la necessaria flessibilità di forma, consentendo la produzione di magneti su misura per le esigenze dell'applicazione in questione.

Magneti su misura

I ricercatori della TU Graz, in collaborazione con i colleghi dell'Università di Vienna e della Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), nonché con un team della Joanneum Research di Graz, sono ora riusciti a produrre supermagneti con l'aiuto di Tecnologia di stampa 3D. Il metodo utilizza una forma in polvere del materiale magnetico, che viene applicato a strati e fuso per legare le particelle, con conseguente componenti realizzati esclusivamente in metallo. Il team di scienziati ha ora sviluppato il processo a una fase in cui sono in grado di stampare magneti con un'elevata densità relativa pur riuscendo a controllare le loro microstrutture. "La combinazione di entrambe queste caratteristiche consente un uso efficiente del materiale perché significa che possiamo adattare con precisione le proprietà magnetiche in base all'applicazione, " spiegano Siegfried Arneitz e Mateusz Skalon dell'Institute of Materials Science, Unirsi e Formarsi alla TU Graz.

Il focus iniziale del gruppo di ricerca era la produzione di neodimio, o NdFeB, magneti. Per le sue proprietà chimiche, il neodimio, un metallo delle terre rare, viene utilizzato come base per molti potenti magneti permanenti che sono componenti cruciali per molte applicazioni importanti, compresi computer e smartphone. I ricercatori hanno pubblicato una descrizione dettagliata del loro lavoro sulla rivista Materials. In altre applicazioni, come i freni elettrici, interruttori magnetici e alcuni sistemi di motori elettrici, la forte forza dei magneti NdFeB è inutile e anche indesiderabile.

Cerca alternative alle terre rare

Per questa ragione, Sigfrido Arneitz, un dottorato di ricerca studente presso l'Istituto di Scienza dei Materiali della TU Graz, Unirsi e Formarsi, sta continuando la ricerca sui magneti stampati in 3D basandosi sui risultati ottenuti finora. Sta scrivendo la sua tesi sulla stampa 3D di magneti Fe-Co (ferro e cobalto). Questi magneti rappresentano un'alternativa promettente ai magneti NdFeB sotto due aspetti:l'estrazione di metalli delle terre rare richiede molte risorse e non è molto attraente dal punto di vista della sostenibilità, e il riciclaggio di tali metalli è ancora agli inizi. Ma i magneti Fe-Co sono meno dannosi per l'ambiente.

Anche i metalli delle terre rare perdono le loro proprietà magnetiche a temperature più elevate, mentre le speciali leghe Fe-Co mantengono le loro prestazioni magnetiche a temperature comprese tra 200° e 400° Celsius e dimostrano una buona stabilità alla temperatura.

Arneitz è ottimista sulle sue scoperte iniziali:"Calcoli teorici hanno dimostrato che le proprietà magnetiche di questi materiali possono essere migliorate di un fattore due o tre. Data la flessibilità della forma offerta dalla stampa 3D, siamo fiduciosi di poterci avvicinare a questo obiettivo. Continueremo a lavorare su questo argomento in collaborazione con vari altri istituti in modo da poter sviluppare materiali magnetici alternativi per aree in cui i magneti al neodimio non sono necessari".