供稿人:池金春, 李滌塵 發(fā)布日期：2017-10-09
近日，奧地利維也納大學(xué)的Christian Huber等人通過3D打印的方法，使用變比例的聚合物和磁性粉末混合材料，首次制作出具有梯度材料和自由結(jié)構(gòu)的磁鐵，實(shí)現(xiàn)了其外部磁場(chǎng)的定制化制造。目前除了3D打印以外，這樣的可控梯度材料和自由結(jié)構(gòu)一體化的磁性體是不可能用常規(guī)方法產(chǎn)生的。
Christian Huber在實(shí)驗(yàn)中采用了純聚酰胺（PA12）長(zhǎng)絲作為載體，采用具有永磁性的鐵氧體（Sr，Ba）和稀土材料（NdFeB）粉末顆粒作為填充體，并使用FDM（Fused Deposition Modeling）熔融擠出成形的3D打印工藝實(shí)現(xiàn)三維零件的自由成形。其獨(dú)特性在于在FDM設(shè)備中采用了混合擠出頭，實(shí)現(xiàn)填充劑含量在40-65體積百分比范圍內(nèi)的可調(diào)節(jié)混合與擠出，在打印過程中逐層調(diào)節(jié)飽和磁化強(qiáng)度，以獲得所制造的磁體所需的外部磁場(chǎng), 從而實(shí)現(xiàn)了一種具有可變磁化合物分?jǐn)?shù)分布的3D打印聚合物粘結(jié)磁體的方法。
為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定義的外部磁場(chǎng)，作者基于FEM（有限元）庫(kù)FEniCS13開發(fā)了FEM模型，用于模擬計(jì)算實(shí)現(xiàn)該外部磁場(chǎng)所需要的磁性化合物混合比例和空間分布，從而優(yōu)化在打印過程中填充體的比例和空間定位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該模擬和實(shí)際磁場(chǎng)測(cè)量之間的極好的一致性。
到目前為止，作者實(shí)現(xiàn)了在打印方向（Z方向）上的具有可變磁性化合物分?jǐn)?shù)梯度分布，下一步工作預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)在橫向（X, Y 方向）的混合材料的連續(xù)梯度分布以及更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的自由成形，從而更大程度上3D打印出在給定區(qū)域中產(chǎn)生預(yù)定義磁場(chǎng)的磁體。這項(xiàng)技術(shù)具有快速、靈活、成本低的優(yōu)點(diǎn)，也為磁性傳感器的應(yīng)用開辟了新的可能性。