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Herstellung von anisotropen-polymergebundenen Magneten mit Hilfe eines 3D-Druckers und eines externen Magnetfelds durch Permanentmagnete

Maximilian Suppan

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Physik

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Lehramt Sek (AB) UF Mathematik UF Physik

Betreuer*in

Dieter Süss

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DOI

10.25365/thesis.70416

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-11208.41976.466839-8

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

3D-Drucker sind heutzutage in vielen Bereichen, in welchen dreidimensionale Gegenstände produziert werden, kaum noch wegzudenken, da es mit ihnen sehr einfach ist, beliebige Objekte nach seinen Vorstellungen zu designen und herzustellen. Diese Objekte können, je nach Anwendungsgebiet, so gut wie alle Formen haben, individuell angepasst werden und aus den unterschiedlichsten Materialien, wie Plastik oder Metallen, bestehen. Es gibt Permanentmagnete aus Materialien, bei welchen hart-magnetische Stoffe, wie Ferrite, in Pulverform mit Polymeren gebunden werden. Weil die Kunststoffe bereits bei relativ niedrigeren Temperaturen flüssig werden, können derartig hergestellte Materialien mit herkömmlichen 3D-Druckern bearbeitet, geformt und angepasst werden. Es besteht beim Druck zusätzlich die Möglichkeit, während der Fertigung ein Magnetfeld anzulegen. Dadurch wird ein Objekt aus anisotropen magnetischen Material erzeugt. Das magnetischen Pulver sollte sich wegen des externen Magnetfelds im flüssigen Polymere ausrichten. ¨ Durch diese Ausrichtung können verbesserte magnetische Eigenschaften beobachtet werden. Aus der Herstellung von kunstoffgebundenen anisotropen Permanentmagneten mittels 3D-Drucker ergeben sich viele Vorteile und Möglichkeiten. Diese Methode ist zum Beispiel sehr kostengünstig im Vergleich zu anderen Produktionsarten. Solche Magneten finden vermehrt Anwendung in Mikromotoren, Tauchspulenaktoren (VCM) in Hard Disk Drives, Sensoren und Lautsprechern. Das Ziel dieser Arbeit ist es, anisotropes magnetisches Material in einem Magnetfeld, durch das Ausrichten von Strontiumferrit- und SmFeN-Pulver, das mit handelsüblichen Polymerdruckmaterial gebunden wurde, mit einem 3D-Drucker herzustellen. Dazu durchläuft das flüssige Druckmaterial, während des Druckens, ein externes Magnetfeld. In Vorarbeiten wurde versucht, mit Elektromagneten dieses Feld zu erzeugen, jedoch waren die Ergebnisse nicht zufriedenstellend. Deswegen soll der Vorgang optimiert werden und das externe Magnetfeld, durch eine Anordnung aus Permanentmagneten realisiert werden. Das Material soll bereits in der Duse axial, entlang der magnetischen Flussdichte, möglichst parallel ausgerichtet werden. Dazu muss eine neue Düse für den bereits vorhandenen Drucker erstellt werden. Durch Simulationen mit der Simulationssoftware COMSOL Multiphysics werden verschiedene Versuchsaufbauten analysiert. Die Hysteresekurven der Proben werden mit Hilfe eines Permagraph und einem Vibrating-Sample-Magnetometer aufgenommen. Schlussendlich wird bei erfolgreicher Arbeit ein anisotropes magnetisches Objekt gedruckt. Für das Strontiumferritpulver konnte eine Ausrichtung erzielt werden, sodass das Verhältnis der Remanenzmagnetisierung zur Sättigungsmagnetisierung in Vorzugsrichtung 0,70 und 90° gedreht dazu 0,33 betrug. Für das SmFeN-Pulver konnte keine derartige Ausrichtung erzielt werden.

Abstract

(Englisch)

Nowadays 3D-Printers are commonly used in many areas where three dimensional objects are produced, as they make it easy to design and produce every object you can think of. Depending on the application, these objects can have any shape, be customized for each application and can be made out of many different materials, like plastic or metals. There are permanent magnets where magnetic powders are bonded with polymeres. Because these polymeres become liquid at relatively low temperatures, materials produced in this way can be processed, shaped and customized using conventional 3D printers. There is the additional possibility of applying a magnetic field during the printing process. This kind of manufacturing process produces alligned magnetic material out of anisotropic magnetic powder. The magnetic powder should align in the liquid polymere because of the external field. Due to this alignment, improved magnetic properties can be observed. Many advantages and opportunities arise from the production of polymere bonded magnets using a 3D printer. For example, this method is very cost efficient compared to other production methods. Bonded magnets are already being used in voice coil motors in hard disc drives, micro motors, sensors and hi-fi speakers. The aim of this work is to produce anisotropic magnetic material, by aligning strontium hexaferrite and SmFeN powder bonded with conventional polymeres printing material, using a traditional 3D printer. To archieve this, the liquid printing material passes through an external magnetic field. In some former work attempts have been made to produce the external field with an electro magnet, but the results were not satisfying. Therefore the arrangement should be optimized by using permanent magnets. The material should already be aligned along the magnetic flux as parallel as possible in the printing nozzle. A new priting nozzle will be designed. Different arrangements are analyzed by simulations with the software COMSOL Multiphysics. The hysteresis curve of the samples are recorded using a permagraph and a vibrating coil magnetometer. If the work is successful, an anisotropic magnetic object will be printed with a common 3D printer. For strontium hexaferrite the ratio of retentivity and saturation in easy direction is 0,70 and 0,33 in hard direction.

Autor*innen

Maximilian Suppan

Haupttitel (Deutsch)

Herstellung von anisotropen-polymergebundenen Magneten mit Hilfe eines 3D-Druckers und eines externen Magnetfelds durch Permanentmagnete

Paralleltitel (Englisch)

Fabrication of anisotropic polymer-bonded magnets by using a 3D-printer and an external magnetic field created by permanent magnets

Publikationsjahr

2021

Umfangsangabe

V, 73 Seiten : Illustrationen

Sprache

Deutsch

Beurteiler*in

Dieter Süss

Klassifikationen

33 Physik > 33.16 Elektrizität, Magnetismus ,

33 Physik > 33.75 Magnetische Materialien

AC Nummer

AC16482987

Utheses ID

60512

Studienkennzahl

UA | 199 | 520 | 523 | 02

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