3D打印磁體：怎樣才能制備具有特定磁場(chǎng)的磁體呢？

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

　　在計算機上設計

　　“磁場(chǎng)的強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)驗室的主任Dieter SüSS說(shuō)。“我們通常需要特定的磁場(chǎng)，其磁力線(xiàn)以一個(gè)特別的方式進(jìn)行排列——例如磁場(chǎng)在某一方向上相對恒定，但在另一個(gè)方向上強度變化。

　　為了達到這樣的要求，磁體必須制造成一個(gè)復雜的幾何形狀。“可以在電腦上對磁體進(jìn)行設計，調整其形狀直到其滿(mǎn)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)設計好了所需要的幾何形狀，你又要怎樣去實(shí)現你的設計呢?注塑成型工藝是一種方案，但這需要費時(shí)費錢(qián)地制作模具，這使得這種方案對于小批量的生產(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)制作了第一臺可用于生產(chǎn)磁性材料的3D打印機。制備塑料結構的3D打印機的出現已經(jīng)有一段時(shí)間了，磁體打印機的原理和它們差不多。不同之處是，磁體打印機使用特制的由聚合物粘結材料將磁性微顆粒粘合在一起形成的絲。打印機對該材料進(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)品現在還是沒(méi)有磁性的，這是因為顆粒的部署方式是一種非磁化的狀態(tài)。在該過(guò)程的最后一步，完成的樣品被置于一個(gè)強大的外部磁場(chǎng)中，將其轉換成永磁體。

　　“這種方法使我們能夠加工各種各樣的磁性材料，例如特別強的釹鐵硼磁體，”Dieter Süss解釋說(shuō)。“計算機設計的磁體現在可以快速而準確地實(shí)現了——尺寸范圍可以從幾厘米到幾分米，精度達到了一個(gè)毫米。”

　　一個(gè)全新的充滿(mǎn)可能性的世界

　　這個(gè)工藝不僅快速和便宜，它還開(kāi)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)在強磁體和弱磁體之間產(chǎn)生一個(gè)平緩的過(guò)渡。“現在我們將試驗我們能走多遠的極限——但現在可以肯定的是，3D打印給磁體的設計帶來(lái)了一些我們以前只能夢(mèng)想的東西，”Dieter Süss宣稱(chēng)。