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Elektronik Supermagnete aus dem 3D-Drucker

Redakteur: Anna-Lena Dosch

Dauermagnete für elektrische Produkte sollen immer kleiner werden – doch die herkömmlichen Herstellungsverfahren stoßen an ihre Grenzen. Wissenschaftler forschen deshalb an 3D-gedruckten Supermagneten.

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Herkömmliche Produktionsmethoden kommen bei der Miniaturisierung von Elektronik immer mehr an ihre Grenzen. 3D-gedruckte Supermagnete eröffnen hier neue Möglichkeiten.
Herkömmliche Produktionsmethoden kommen bei der Miniaturisierung von Elektronik immer mehr an ihre Grenzen. 3D-gedruckte Supermagnete eröffnen hier neue Möglichkeiten.
(Bild: IMAT – TU Graz)

Dauermagnete sind ein wichtiger Bestandteil vieler elektrischer Produkte, wie Windkraftanlagen, Elektromotoren, Sensoren oder magnetischer Schaltsysteme. Die gängigen Herstellungsverfahren – Sintern oder Spritzgussverfahren – weisen aber Nachteile auf, weshalb Forscher der TU Graz aktuell an alternativen Verfahren forschen.

Wie Dauermagnete in Zukunft gefertigt werden können

Durch die zunehmende Miniaturisierung der Elektronik und den damit einhergehenden geometrischen Anforderungen an Magnete stoßen die herkömmlichen Produktionsmethoden immer öfter an ihre Grenzen. Den Forschenden der TU Graz ist es in Zusammenarbeit mit der Universitäten Wien und Erlangen-Nürnberg sowie einem Team von Joanneum Research gelungen, Supermagnete mittels laserbasiertem 3D-Druck herzustellen. Dabei wird Metallpulver des magnetischen Materials schichtweise aufgetragen, die Partikel werden durch Schmelzen miteinander verbunden. So entsteht ein Bauteil, das zur Gänze aus Metall besteht.

Das Verfahren ist derart ausgereift, dass die Forschenden Magnete mit hoher relativer Dichte drucken und zugleich deren Mikrostruktur kontrollieren können. Diese Kombination ermöglicht es, die magnetischen Eigenschaften exakt auf die jeweilige Anwendung zuschneiden zu können.

Alternative zu Neodym-Eisen-Bor-Magneten gesucht

Die Forschungsgruppe konzentrierte sich zunächst auf die Produktion von Neodym-Eisen-Bor-Magneten (NdFeB-Magneten). Neodym zählt zur Gruppe der sogenannten Seltenen Erden und bildet aufgrund seiner chemischen Eigenschaften die Basis für viele starke Dauermagnete, die in Computern, Smartphones und anderen wichtigen Anwendungen unersetzlich sind. Es gibt jedoch auch Anwendungen wie elektrische Bremsen, Magnetschalter oder bestimmte Elektromotorsysteme, in denen die magnetische Stärke von NdFeB-Magneten nicht benötigt und auch nicht gewünscht ist.

Im Rahmen seiner Dissertation am Institut für Werkstoffkunde, Fügetechnik und Umformtechnik der TU Graz forscht Siegfried Arneitz an alternativen Magnetwerkstoffen aus dem 3D-Druck.
Im Rahmen seiner Dissertation am Institut für Werkstoffkunde, Fügetechnik und Umformtechnik der TU Graz forscht Siegfried Arneitz an alternativen Magnetwerkstoffen aus dem 3D-Druck.
(Bild: Christian Hoflehner/IMAT – TU Graz)

Siegfried Arneitz, Doktorand am Institut für Werkstoffkunde, Fügetechnik und Umformtechnik der TU Graz, setzt deshalb die Arbeit an 3D-gedruckten Magneten fort – aufbauend auf den bisherigen Forschungsergebnissen. In seiner Dissertation widmet sich Arneitz dem 3D-Druck von eisen- und kobaltbasierten Magneten (Fe-Co-Magnete). Im Journal Materials beschreiben die Forschenden ausführlich ihre Arbeit.

Umweltfreundlicher und Temperaturbeständiger

Dabei handelt es sich um vielversprechende Alternativen zu NdFeB-Magneten. In doppelter Hinsicht: Der Abbau von Seltenen Erden ist aufwendig und wenig nachhaltig, das Recycling dieser Metalle steckt noch in den Kinderschuhen. Fe-Co-basierte Magnete hingegen sind für die Umwelt weit weniger bedenklich.

Außerdem verlieren Metalle aus Seltenen Erden mit steigender Temperatur ihre magnetischen Eigenschaften, während spezielle Fe-Co basierte Legierungen selbst bei Temperaturen von 200 bis 400 Grad Celsius ihre magnetische Leistung behalten und sich durch eine gute Temperaturstabilität auszeichnen.

Erste Ergebnisse stimmen Arneitz zuversichtlich: „Bisherige theoretische Berechnungen haben gezeigt, dass die magnetischen Eigenschaften dieser Materialien sogar um das Doppelte bis Dreifache gesteigert werden können. Mit der Gestaltungsfreiheit, die der 3D-Druck bietet, sind wir zuversichtlich, diesem Ziel näher kommen zu können.“ Ziel ist es, für jene Bereiche in denen Neodym-Eisen-Bor-Magneten nicht notwendig sind, alternative Magnetwerkstoffe anzubieten.

Dieser Beitrag wurde ursprünglich auf unserem Partnerportal Elektrotechnick Automatisierung veröffentlicht.

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