Nachhaltige 3D-gedruckte Magnete

Von Windturbinen und Elektromotoren bis hin zu Sensoren werden Permanentmagnete in vielen elektrischen Anwendungen eingesetzt. Die Herstellung dieser Magnete erfolgt in der Regel durch Sintern oder Spritzgießen. Doch durch die zunehmende Miniaturisierung der Elektronik und steigende Anforderungen an die Geometrie magnetischer Bauteile stoßen konventionelle Fertigungsverfahren häufig an ihre Grenzen. Additive Fertigungstechnologien bieten jedoch die erforderliche Formflexibilität und ermöglichen die Herstellung von Magneten, die auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung zugeschnitten sind.

Forscher haben mithilfe von laserbasierter 3D-Drucktechnologie Supermagnete hergestellt. Das Verfahren verwendet eine pulverförmige Form des Magnetmaterials, die in Schichten aufgetragen und geschmolzen wird, um die Partikel zu binden, was zu rein metallischen Bauteilen führt. Der Prozess wurde so weit entwickelt, dass Magnete mit einer hohen relativen Dichte gedruckt werden können, während ihre Mikrostrukturen kontrolliert werden.

Der anfängliche Forschungsschwerpunkt war die Herstellung von Neodym (NdFeB)-Magneten. Aufgrund seiner chemischen Eigenschaften wird Neodym als Basis für viele starke Permanentmagnete verwendet, die entscheidende Komponenten für Computer und Smartphones sind. Bei anderen Anwendungen wie elektrischen Bremsen, Magnetschaltern und bestimmten Elektromotorsystemen ist die starke Kraft von NdFeB-Magneten unnötig und auch unerwünscht.

Eisen- und Kobalt (Fe-Co)-Magnete stellen in zweierlei Hinsicht eine vielversprechende Alternative zu NdFeB-Magneten dar:Der Abbau von Seltenerdmetallen ist ressourcenintensiv und nicht nachhaltig, und das Recycling solcher Metalle steckt noch in den Kinderschuhen. Aber Fe-Co-Magnete sind weniger umweltschädlich. Auch Seltenerdmetalle verlieren bei höheren Temperaturen ihre magnetischen Eigenschaften, während spezielle Fe-Co-Legierungen ihre magnetische Leistung bei Temperaturen von 200 bis 400 °C beibehalten und eine gute Temperaturstabilität aufweisen.