3D-Druck magnetischer Materialien für Sensor-/Aktuatoranwendungen
Forscher der Universität Sheffield untersuchen die Verwendung von Edelstahl 17/4 ph
Laut der Universität Sheffield reagieren magnetostriktive Materialien stark auf äußere Belastungen oder angelegte Felder, wodurch sie als Sensoren oder Aktoren in den Bereichen Strukturüberwachung, Internet der Dinge und Gesundheitswesen eingesetzt werden können. Die additive Fertigung ermöglicht eine abstimmbare Leistung und Flexibilität bei den Designs, was einen natürlichen Anreiz schafft, den Druckprozess und das Design für magnetostriktive Materialien weiter zu erforschen.
Die Verwendung von AM mit magnetischen Materialien ist ein relativ neues Forschungsgebiet. In diesem Projekt wurde die Verwendung von Edelstahl 17/4 ph untersucht, einem weichmagnetischen Material, das aufgrund seiner geringen Koerzitivfeldstärke und hohen Sättigungsmagnetisierung ideal für intelligente Anwendungen ist. Mit dem Desktop Metal 3D-Drucker wurde eine Reihe von Teilen gedruckt, um dreieckige Waben mit unterschiedlichen Merkmalgrößen zu erzielen.
Das Magnetometer mit supraleitendem Quanteninterferenzgerät (SQUID) wurde verwendet, um die Hystereseschleife in jeder Phase des Druckprozesses zu messen: während des Spritzgießens, im gedruckten Zustand und beim endgültigen gesinterten Stahlteil. Sowohl die Koerzitivfeldstärke als auch die Sättigungsmagnetisierung wurden gemessen, wobei eine um 12,6 % geringere Koerzitivfeldstärke und eine bemerkenswerte 18-prozentige Zunahme der Sättigungsmagnetisierung beim endgültigen gesinterten Teil festgestellt wurden. Außerdem wurde die Richtungsmagnetisierung für Spurdrucke in den gedruckten und gesinterten Stahlteilen gemessen. Die Anisotropie erwies sich aufgrund von Kornwachstum, geringerer Porosität und Reduzierung des Polymermaterials bei gesintertem Stahl als geringer als bei gedruckten Teilen.
„Die Waben wurden mit unterschiedlichen Spurweiten gedruckt, damit wir mit einer Magnetkamera testen konnten, wie sich dies auf die magnetostriktive und magnetische Leistung auswirkt. Das Entmagnetisierungsfeld zeigte ein geteiltes positives und negatives Feld außerhalb der Ebene, das bei größerem Spurabstand deutlicher zu erkennen war, was möglicherweise auf den Sinterprozess zurückzuführen ist, bei dem eine Schrumpfung beobachtet wird. Es wurde festgestellt, dass der gesinterte Stahl eine um 54 % höhere Magnetostriktionskonstante aufwies als der gedruckte Stahl“, sagte Nisar Ahmed, Doktorand an der Universität Sheffield.
Die leichte Verfügbarkeit von Edelstahl 17/4 ph, die intuitive Benutzeroberfläche des Desktop Metal 3D-Druckers und die Verwendung vorprogrammierter Designs bedeuten, dass diese Produktionsweise in hohem Maße reproduzierbar und für große oder kleine industrielle Arbeitsplätze gut geeignet ist. Magnetostriktive Materialien sind für die Entwicklung intelligenter Geräte äußerst nützlich. Daher würde die Möglichkeit, sie präzise herzustellen, weitere Anwendungsbereiche eröffnen, in denen Sensoren oder Aktoren benötigt werden. Die Entdeckung positiver und negativer Felder außerhalb der Ebene bei der magnetischen Bildgebung unserer Testgitterstruktur zeigt die zukünftige Möglichkeit, die magnetostriktive Leistung und den gerichteten Magnetismus von AM-Edelstahlprodukten 17/4 ph zu manipulieren.
