Súper imanes sostenibles impresos en 3D

04.02.2020 - Austria

Los materiales magnéticos juegan un papel importante en los productos eléctricos. Estos materiales suelen fabricarse mediante técnicas de producción establecidas y el uso de metales de tierras raras. Varios equipos de investigación de la Universidad de Graz están trabajando en métodos de producción alternativos y más respetuosos con el medio ambiente.

Desde turbinas de viento y motores eléctricos hasta sensores y sistemas de conmutación magnética: los imanes permanentes se utilizan en muchas aplicaciones eléctricas diferentes. La producción de estos imanes suele implicar la sinterización o el moldeo por inyección. Pero debido a la creciente miniaturización de la electrónica y a los requisitos más exigentes que esto impone a los componentes magnéticos en términos de geometría, estos métodos de fabricación convencionales se quedan cortos con frecuencia. Sin embargo, las tecnologías de fabricación de aditivos ofrecen la flexibilidad de forma necesaria, lo que permite la producción de imanes adaptados a las exigencias de la aplicación en cuestión.

Imanes hechos a medida

Los investigadores de la Universidad Técnica de Graz - en colaboración con colegas de la Universidad de Viena y de la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Nürnberg (FAU), así como un equipo de Joanneum Research de Graz - han logrado fabricar superimanes con la ayuda de la tecnología de impresión en 3D basada en el láser. El método utiliza una forma pulverizada del material magnético, que se aplica en capas y se funde para unir las partículas, lo que da como resultado componentes hechos puramente de metal. El equipo de científicos ha desarrollado el proceso hasta una etapa en la que son capaces de imprimir imanes con una alta densidad relativa, mientras que aún logran controlar sus microestructuras. "La combinación de ambas características permite un uso eficiente del material porque significa que podemos adaptar con precisión las propiedades magnéticas según la aplicación", explican Siegfried Arneitz y Mateusz Skalon del Instituto de Ciencia de los Materiales, Unión y Formación de la Universidad Técnica de Graz.

El enfoque inicial del grupo de investigación fue la producción de imanes de neodimio, o NdFeB. Debido a sus propiedades químicas, el metal de tierras raras, el neodimio, se utiliza como base de muchos imanes permanentes fuertes que son componentes cruciales para muchas aplicaciones importantes, incluyendo computadoras y teléfonos inteligentes. Los investigadores han publicado una descripción detallada de su trabajo en la revista Materials (https://www.mdpi.com/1996-1944/13/1/139). En otras aplicaciones, como los frenos eléctricos, los interruptores magnéticos y ciertos sistemas de motores eléctricos, la fuerte fuerza de los imanes de NdFeB es innecesaria y también indeseable.

Búsqueda de alternativas a las tierras raras

Por esta razón, Siegfried Arneitz, un estudiante de doctorado en el Instituto de Ciencia de Materiales, Unión y Formación de la Universidad de Graz, continúa la investigación de los imanes impresos en 3D basándose en los resultados obtenidos hasta ahora. Está escribiendo su disertación sobre la impresión en 3D de imanes de Fe-Co (hierro y cobalto). Estos imanes representan una alternativa prometedora a los imanes de NdFeB en dos aspectos: la extracción de metales raros de la tierra es intensiva en recursos y no muy atractiva desde el punto de vista de la sostenibilidad, y el reciclaje de tales metales está todavía en sus inicios. Pero los imanes de Fe-Co son menos dañinos para el medio ambiente.
Los metales de las Tierras Raras también pierden sus propiedades magnéticas a temperaturas más altas, mientras que las aleaciones especiales de Fe-Co mantienen su rendimiento magnético a temperaturas de 200 a 400 grados centígrados y demuestran una buena estabilidad de temperatura.

Arneitz es optimista sobre sus hallazgos iniciales: "Los cálculos teóricos han demostrado que las propiedades magnéticas de estos materiales pueden ser mejoradas por un factor de dos o tres. Dada la flexibilidad de forma que ofrece la impresión en 3D, confiamos en que podemos acercarnos a este objetivo. Vamos a seguir trabajando en este tema en colaboración con varios otros institutos para poder desarrollar materiales magnéticos alternativos para áreas en las que los imanes de neodimio no son necesarios".

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