Уральский федеральный университет разработал отечественную технологию 3D-печати магнитных материалов. Технология позволит создавать изделия с регулируемыми характеристиками для высокотехнологичных отраслей. Научная работа поддержана в рамках программы «Приоритет-2030».
Изделия, созданные студентами УрФУ, представлены образцами.
Основной магнитомягкий материал — электротехническая сталь. Ее получают классическим способом: выплавкой, прокаткой, изготовлением листа, нанесением изолирующего слоя и вырубкой из листа деталей нужных форм, которые затем собирают в изделия. Такой способ подходит для изготовления тысяч единиц продукции. Для уникальных изделий такой подход не применимы, — поясняет руководитель исследовательской группы, заведующий кафедрой магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ Алексей Волегов. Мы поступаем иначе: берем металлический порошок для получения магнитный элемента и спекаем или сплавляем его послойно с помощью лазера. Это позволяет сразу создавать изделие нужной формы.
В дополнение к форме физики научились создавать комбинации разных магнитных и немагнитных материалов. Например, исследователи могут сформировать участок проводящий ток и рядом изолирующий. Также возможно объединить магнитомягкие и магнитотвердые материалы в одном элементе, причем на масштабе, сопоставимом с диаметром человеческого волоса. Такие возможности традиционные технологии не дают. Это особенно важно при миниатюризации, например, в электронике, робототехнике и медицинских устройствах.
Мы сейчас проводим исследования на чистом железе. Оно доступно в виде порошка и подходит для экспериментов. Однако у него есть ограничения, например, высокая анизотропия. Чтобы задать нужные функциональные свойства, мы добавляем оксиды. Следующим шагом станет переход к пермалловым сплавам (железо + никель), отличающихся низкой магнитострикцией. Магнитострикция — причина гула рядом с трансформаторной будкой. Он возникает при изменении линейных размеров материала при перемагничивании. У пермаллоя этот эффект минимален.
Разработанная специалистами УрФУ технология применима в мобильной электронике, электромобилях и аэрокосмической отрасли: зарядных устройствах, блоках питания, трансформаторах нового типа. При наличии инвестора или заказчика внедрение возможна за пару лет, без заказчика — 3–4 года.
Информацию и фотографии предоставил отдел научных коммуникаций УрФУ.