A estas alturas de la historia de la Impresión 3D ya no es una sorpresa oír que esta tecnología es capaz de ofrecer un mejor rendimiento, resistencia, etc. en comparación con la fabricación industrial tradicional.
El hecho de que ya no es una sorpresa, sin embargo, no la hace menos espectacular, especialmente cuando el producto o componente en cuestión es algo que nunca antes había sido impreso en 3D, como es el caso de los imanes y la cantidad de aplicaciones en productos de consumo que se derivan de ellos.
En el mes septiembre, un grupo de investigadores de Technische Universität Wien (TU Wien) reveló que habían conseguido imprimir en 3D imanes permanentes de campo fuerte, abriendo así terreno para el diseño y la producción de imanes con formas complejas y campos personalizados.
El descubrimiento ha abierto nuevas posibilidades para el diseño de sistemas de sensores avanzados y otros dispositivos .
MEJORES IMANES, MÁS POTENTES Y MÁS OPTIMIZADOS
Ahora, los investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge han publicado un estudio comparativo asegurando que los imanes impresos en 3D pueden superar a los imanes permanentes creados por medios tradicionales, utilizando igualmente materiales raros.
En un documento titulado «Big Area Additive Manufacturing of High Performance Bonded NdFeB Magnets» publicado en la revista Nature, el grupo de investigación documenta cómo utilizaron la máquina de fabricación aditiva Big Area (BAAM) para imprimir en 3D imanes isótropos de neodimio-hierro-boro (NdFeB).
El equipo utilizó pastillas compuestas, fabricadas por Magnet Applications Inc., compuestas por un 65% de polvo NdFeB isotrópico y un 35% de poliamida o Nylon 12.
Experimentaron con la impresión del material tanto con una máquina de inyección de aglutinantes como con la BAAM, pero fue la BAAM la que dio los resultados más concluyentes, con su capacidad de imprimir casi 200 veces más rápido que otras tecnologías de fabricación aditiva, y sin limitaciones de tamaño o forma.
Los imanes resultantes tienen propiedades magnéticas, microestructurales y mecánicas comparables o incluso mejores que los imanes producidos con la misma composición con moldes por inyección.
EL CIRCULO VIRTUOSO DE LA IMPRESIÓN 3D: MÁS BARATO, MÁS RÁPIDO, MEJOR
La investigación fue financiada por el Instituto de Materiales Críticos del Departamento de Energía estadounidense con el objetivo de desarrollar potentes imanes para su uso en tecnologías de energías limpia como molinos de viento, generadores, motores y vehículos eléctricos.
Los imanes NdFeB son los más poderosos que existen hoy en día, y este equipo de investigación no sólo ha logrado la fabricación de formas complejas y en tamaños grandes, gracias a la impresión 3D, sino que también ha constatado un aprovechamiento de material mucho mayor.
Según Parans Paranthaman, investigador principal y líder del grupo en la División de Ciencias Químicas de ORNL, la fabricación de imanes convencionales se realiza con un 30% a 50% de residuos de material, mientras que la fabricación de aditivos resulta casi nula gracias a su capacidad de capturar y reutilizar materiales.
Además, el coste de la fabricación de los imanes es muy reducido en comparación con los mismos imanes producidos con moldes por inyección.
Por ejemplo, un cliente puede requerir fácilmente 50 diseños de imán diferentes para un proyecto, y en vez de tener que crear un molde separado para cada uno, pueden ser producidos más rápida y fácilmente con impresión 3D con un coste mucho menor.
«La capacidad de imprimir imanes de alta resistencia en formas complejas es un cambio de paradigma en el diseño de motores y generadores eléctricos más eficientes», asegura Alex King, director del Instituto de Materiales Críticos. «Elimina muchas de las restricciones impuestas por los métodos de fabricación de hoy en día».
En el futuro, los investigadores planean experimentar con la impresión en 3D de imanes anisótropos, o direccionales, que son más fuertes que los imanes isotrópicos y no están ligados a una dirección de magnetizazión especifica.
También estudiarán los efectos que tienen los diferentes tipos de aglutinantes, la fracción de carga de polvo magnético y las temperaturas de procesamiento sobre las propiedades mecánicas y magnéticas de los imanes impresos.
Sin duda, este trabajo ha demostrado el potencial de la fabricación de aditiva para ser aplicada a la fabricación de una amplia gama de materiales y ensambles magnéticos.
CAMPOS MAGNÉTICOS A LA CARTA
En otro orden de cosas, un fabricante de impresoras 3D con sede en California, llamado Correlated Magnetics, ha demostrado que la tecnología de impresión 3D puede desempeñar un papel importante en la creación de campos magnéticos con sus últimos desarrollos en lo que ellos llaman Polymagnets, o Imanes Programables.
Para acercar el electromagnetismo al campo de la impresión 3D, el equipo detrás de los Polymagnets ha estado trabajando para desarrollar un sistema para delimitar ‘maxes’ (unidades de campo magnético).
De la misma manera que los píxeles son unidades virtuales de imagen 2D y los voxels son unidades físicas 3D, la compañía ha encontrado que, al disponer exactamente estos ‘maxes’, podrían lograr un control de alta precisión de campos magnéticos.
Correlated Magnetics diseñó sus propias máquinas que funcionan de manera similar a la impresoras 3D normales, pero en lugar de usar una cama de impresión estos ‘maxes’ se disponen directamente sobre un imán.
En este punto podríamos pensar que las aplicaciones potenciales de la impresión 3D de campos electromagnéticos son insondables, pero es sorprendente la practicidad con la que Polymagnet ha probado sus nuevos desarrollos.
El equipo se ha centrado exclusivamente en la aplicación de su tecnología a usos sencillos, como la creación de cerraduras y manijas, apuntando más a la influencia inmediata más que a las aplicaciones a futuro.
Los imanes no sólo se atraen y se repelen unos de otros, sino que también pueden actuar como resortes o cierres, y también reducen la interferencia potencial.
«Hasta el momento no se puede controlar el comportamiento los imanes, se pueden hacer más pequeños, se pueden hacer más grandes, o se puede utilizar un material diferente, pero su comportamiento es fijo», dijo Stephen Straus, VP de Marketing en Correlated Magnetics .
«Los Polimagnets son radicalmente diferentes, ahora puede personalizar la intensidad y las funciones de los imanes, puede ajustar un Polimagnet para obtener la respuesta mecánica deseada, tanto como su comportamiento físico y obtener el efecto requerido. Con más control sobre la sensibilidad del imán se puede obtener la respuesta justa para el producto final.»
Los ‘maxes’ se alinean en una superficie 2D de forma similar en la que actualmente se imprime en 3D, pero producen un comportamiento magnético complejo y preciso, motivo por el cual Polymagnet es considerado como una innovación en la industria de la de impresión 3D.
Aunque, hasta ahora, las aplicaciones de los campos magnéticos impresos en 3D se han limitado a crear mecanismos de bloqueo básicos con componentes magnéticos, no hay forma de saber los límites de aplicación que puede tener esta nueva tecnología en el futuro.
En este punto suponemos que al lector no se le escapará la inmensa cantidad de dispositivos y maquinaria que dependen en su funcionamiento de los imanes, desde móviles a ordenadores, pasando por industrias pesadas como la de la energía.
Es por eso que cabe resaltar la importancia de estos descubrimientos en el campo de la fabricación de imanes y otros elementos electromagnéticos, y que la impresión 3D contribuye a que la fabricación de los mismos sea además más barata, más precisa y optimice su fabricación en cuanto a materiales se refiere, abaratando mucho el producto final al cual los imanes van dirigidos.
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