레이저 기반 3D 프린팅으로 영구 자석을 생산할 수 있는 새로운 프로세스를 개발
레이저는 철분과 희토류 분말을 원하는 모양으로 녹인다.
기존의 3D 인쇄 방법과 달리 바인더가 필요하지 않기 때문에 자석의 출력 밀도가 높아질 수 있다.
풍력, 전자 제품 등을 위한 특수 자석은 머지않아 3D 프린팅을 통해 보다 쉽게 ​​제조 가능.

 

풍력, 전자 제품 등을 위한 특수 자석은 머지않아 3D 프린팅을 통해 보다 쉽게 ​​제조될 수 있다. 연구원들은 레이저 기반 3D 프린팅으로 이러한 영구 자석을 생산할 수 있는 새로운 프로세스를 개발했다. 레이저는 철분과 희토류 분말을 원하는 모양으로 녹인다. 기존의 3D 인쇄 방법과 달리 바인더가 필요하지 않기 때문에 자석의 출력 밀도가 높아질 수 있다.

▲ 연구팀은 레이저 기반 3D 프린팅을 사용해 처음으로 소형 슈퍼 자석을 제작했다. © IMAT-그라츠 공과 대학교

강력한 영구 자석은 연구 및 기술 분야의 많은 부분에 없어서는 안 될 필수 요소다.
의학에서는 자기공명영상(MRI)에 필요하며 풍력 터빈, 전기 모터 및 자기 스위칭 시스템에서 볼 수 있다. 높은 에너지 밀도와 자기 강도로 인해 네오디뮴-철-붕소 자석(NdFeB)이 주로 사용된다.

응용 분야는 자기장의 강도뿐만 아니라 자석의 크기와 모양에도 의존한다.
따라서 자석은 때로는 작으며, 가능한 작거나 필드 라인이 매우 특별한 방식으로 배열되어야한다.

플라스틱 접착제 대신 레이저 용해

지금까지 이러한 특수 자석은 주로 사출 성형으로 생산되었다.
그러나, 이것은 각각의 자석 유형에 대해 새로운 형상이 생성되어야 하기 때문에 복잡하고 비싸다. 네오디뮴 자석은 또한 적층 제조 및 3D 프린팅을 사용하여 제조될 수 있지만, 후자는 이전에 플라스틱 바인더가 필요했다. 그러나 이는 자석의 성능을 저하시킨다.

에어랑엔 뉘른베르그(Erlangen-Nuremberg) 대학의 외르그 프랑케(Jörg Franke)가 이끄는 연구팀은 레이저 기반 3D 프린팅을 사용해 영구 자석을 생산하는 데 성공했다.
이전의 방법처럼, 금속 과립은 층으로 도포된다. 입자는 레이저 빔을 사용하여 함께 융합된다. 일련의 테스트를 통해 연구원들은 레이저 에너지와 분말 층 두께의 최적 조합을 결정할 수 있었다. 과립은 네오디늄, 프라세오디뮴, 철, 코발트, 붕소, 지르코늄 및 티타늄 성분으로 구성되었다.

고밀도의 강력한 자석

Franke와 그의 팀은 "우리는 높은 정밀도로 큰 결함 없이 샘플을 인쇄할 수 있었다"라고 말했다.
원치 않는 왜곡이나 편차없이 레이저로 모양을 만들 수도 있다. 완성된 인쇄물이 외부 자기장에 노출되면 원하는 영구 자석이 된다.

Franke와 그의 팀은 “우리는 높은 상대 밀도와 우수한 자기 특성을 가진 자석을 제조할 수 있었다. 이 레이저 기반 3D 프린팅 프로세스를 사용하여 각 응용 분야에 맞는 맞춤형 자석을 생산할 수 있는 가능성이 열렸다. 
(Materials, 2020; doi: 10.3390/ma13010139)

출처 : Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg 

[더사이언스플러스=문광주]

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