Nachhaltige 3D-gedruckte Magnete: Umweltfreundliche, präzisionsgeformte Lösungen für moderne Elektronik

Von Windturbinen und Elektromotoren bis hin zu Sensoren werden Permanentmagnete in vielen elektrischen Anwendungen eingesetzt. Die Herstellung dieser Magnete erfolgt üblicherweise durch Sintern oder Spritzguss. Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung der Elektronik und anspruchsvolleren Anforderungen an magnetische Komponenten in Bezug auf Geometrie kommen konventionelle Fertigungsmethoden jedoch häufig an ihre Grenzen. Additive Fertigungstechnologien bieten hingegen die erforderliche Formflexibilität und ermöglichen die Produktion von Magneten, die auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung zugeschnitten sind.

Forscher haben Supermagnete mithilfe laserbasierter 3D-Drucktechnologie hergestellt. Das Verfahren verwendet eine pulverförmige Form des magnetischen Materials, die schichtweise aufgetragen und geschmolzen wird, um die Partikel zu binden, was zu Bauteilen aus reinem Metall führt. Der Prozess wurde so weit entwickelt, dass Magnete mit hoher relativer Dichte gedruckt werden können, während ihre Mikrostrukturen kontrolliert werden.

Der ursprüngliche Forschungsschwerpunkt lag auf der 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. In anderen Anwendungen wie elektrischen Bremsen, magnetischen Schaltern und bestimmten Elektromotorsystemen ist die starke Kraft von NdFeB-Magneten unnötig und sogar unerwünscht.

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