Weniger Material, weniger Kosten, schnellere Fertigung: Kanadische Wissenschaftler nutzen Kaltgasspritzen als 3D-Druckverfahren zur Fertigung von Permanentmagneten

Forscher des kanadischen NRC haben ein neues 3D-Druckverfahren entwickelt um Magneten für Elektromotoren kostengünstiger und schneller herstellen zu können. Wie die Forscher Wissenschaftler berichten verfügen die mit Unterstützung von 3D-Druck hergestellten Magnete außerdem mehr funktionale Eigenschaften als konventionell gefertigte Magnete. Neben Elektromotoren sollen zukünftig auch andere Bereiche von der Innovation profitieren.

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Ein Forscherteam des National Research Council of Canada (NRC), einer staatlichen Einrichtung für wissenschaftliche wie industrielle Forschung in Kanada, schaffte es durch Einsatz von Kaltgasspritzen, ein neues 3D-Druckverfahren für die Herstellung von Elektromotormagneten zu entwickeln.

Zur Zeit erfolgt die Fertigung hochleistungsfähiger Dauermagnete für Elektromotoren auf traditioneller Art mit Pulverkompression und anschließendem Sintern oder Spritzgussverfahren. Nach Abschluss des Fertigungsprozesses müssen die Einzelteile jedoch zu einem Magneten zusammengefügt werden. Diese aufwendigen Einzelschritte werden mit dem neuen 3D-Druckverfahren der kanadischen Forscher jetzt vereint, was in Kosteneinsparungen und zahlreichen neue Designmöglichkeiten resultiert. Im Oktober 2016 berichteten wir über Forscher der TU Wien, der es mit einem 3D-Drucker gelang Permanentmagnete herzustellen.

Kaltgasspritzen ist eigentlich ein Beschichtungsverfahren, hier wird der Beschichtungswerkstoff in Pulverform im hohen Tempo auf das Trägermaterial aufgesprüht. In Verbindung mit einem Industrieroboter lassen sich 3D-Objekte schichtweise mit genauen und schnellen Bewegungen herstellen. Im Vergleich zu anderen 3D-Druck-Metallverfahren arbeitet die Additive Fertigung mit Kaltgasspritzen mit hoher Geschwindigkeit. Die Fertigung von Magneten mit mehreren Kilogramm Gewicht dauert nur eine Stunde. Der kommerziell verfügbare 3D-Drucker LightSPEED des australischen Herstellers SPEE3D, der erst kürzlich von Singapurs Polytechnikum eingeführt wurde um das Potential des Metall-3D-Drucks zu erforschen, arbeitet schon mit dieser Technologie.

Die Magnete die mit dem Verfahren des NRC hergestellt werden besitzen einer Mitteilung der kanadischen Forscher zufolge hervorragende mechanische und thermische Eigenschaften. Dank der hohen Geschwindigkeit bei der Aufbringung des Materials und den Verzicht auf Kunststoff im Materialmatrix haben die Magnete mechanische Eigenschaften, die klassischen Magneten überlegen seien.

Ein Zusammenbau einzelner Teile ist nicht erforderlich und damit kein Klebstoff mehr notwendig was zu Materialeinsparungen führt. Die Haftungseigenschaften der Magneten sei ebenfalls sehr gut. Die Magnete sind außerdem einfach maschinell bearbeitbar, weil sie weniger brüchiger sind als jene die im Sinterverfahren hergestellt werden.

Das Herstellungsverfahren erlaubt auch den 3D-Druck von Magneten mit Wärmeleitfähigkeit und resultiert in einer verbesserten Temperaturkontrolle. Gegen Korrosion und Oxidation sind sie beständig, was zu einer höheren Lebensdauer führt. Vom NRC wurden Prototypen der neuen Magnete mit Erfolg getestet. Aktuell suchen die Forscher neue Möglichkeiten, um den 3D-Druck mit Kaltgasspritzen für ein optimiertes Motordesign zu verwenden. An der Entwicklung weicher magnetischer Materialien wird ebenfalls gearbeitet:

Wie Fabrice Bernie in der Mitteilung weiter erklärte, der zusammen mit seinem Kollegen Jean-Michel Lamarre das Verfahren entwickelte, werde es mit dieser Technologie künftig möglich sein, kompaktere und leistungsstärkere Motoren herzustellen. Das Verfahren könne den Weg ebnen mit Kaltgasspritzen komplette Motoren zu fertigen.

Die Vorteile resultieren in einer Kostensenkung, besseren thermischen Magneten und komplexeren Geometrien, sowie umfangreicheren Funktionalitäten. Mit dem neuen 3D-Druckverfahren könnten neben Elektromotoren auch Windkraftanlagen, Antennen und Kühlmagnete gefertigt werden.

Video: Kaltgasspritzen eines Permanentmagneten auf die Innenfläche eines Zylinders

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