diciembre 5, 2021

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Material magnético impreso en 3D a partir de material no magnético

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imagen: la impresora 3D utilizada en el estudio.
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Crédito: Oleg Dubinin et al. / Revista de tecnología de procesamiento de materiales

Los científicos de Skoltech y sus colegas utilizaron una impresora 3D para fusionar dos materiales en una aleación cuya composición cambia constantemente de una región de la muestra a otra, dando a la aleación propiedades magnéticas de gradiente. A pesar de la naturaleza no magnética de los materiales constituyentes, la aleación presenta propiedades magnéticas. publicado en un Revista de tecnología de manipulación de materialesEl estudio también proporciona una explicación teórica del fenómeno.

Una vez vista como una nueva herramienta de creación rápida de prototipos, la impresión 3D se ha convertido en una tecnología industrial completa que se utiliza para producir piezas de aviones, implantes y prótesis adaptados al paciente, joyas y calzado adecuado, entre otras cosas.

La principal ventaja de la impresión 3D es la capacidad de producir objetos de formas muy complejas que serían imposibles o muy costosos de fabricar utilizando técnicas de fabricación tradicionales, como fundición, laminado y estampado. La tecnología también permite una creación de prototipos más rápida y riesgosa, y una mayor flexibilidad en términos de personalización del producto y la cantidad de artículos que se producen. Luego está el beneficio adicional de reducir el desperdicio.

Una limitación de la impresión 3D es que tiende a utilizar un material homogéneo o una sola mezcla en todo el artículo producido. Al cambiar la configuración de una parte del elemento a otra, se le pueden otorgar propiedades que cambian constantemente.

Un ejemplo es una varilla hecha de una aleación de dos metales cuya proporción cambia de 100% metal A a cincuenta, 100% metal B, y así sucesivamente. Siempre que los metales en cuestión se mezclen bien, sin causar defectos, las propiedades de gradiente de la varilla, incluidas las propiedades magnéticas, pueden ser tecnológicamente útiles, por ejemplo, para rotores de motores, cintas para codificadores magnéticos o transformadores.

Los autores de un estudio reciente dirigido por Skoltech fueron publicados en Revista de tecnología de manipulación de materiales Informe sobre la experiencia en la que produjeron dicha aleación. Sus dos componentes, los metales A y B anteriores, son aleaciones: bronce de aluminio (cobre, aluminio y hierro) y acero inoxidable marino (principalmente hierro, cromo y níquel). Ambos se conocen técnicamente como magnéticos o “no magnéticos” en términos simples. Es decir, no se pega a los imanes. Sin embargo, cuando se mezcla en proporciones iguales, la aleación resultante resulta ser un ferromaimán “blando”. Es decir, se sienten atraídos por los ferroimanes “duros”, como los que se encuentran en el frigorífico, pero tampoco lo hacen ellos mismos.

“Usamos estos dos materiales paramagnéticos para crear una aleación de gradiente usando una impresora 3D InssTek MX-1000. Utiliza una técnica llamada deposición de energía dirigida, que consiste en depositar un material en polvo desde una boquilla y luego simultáneamente fundirlo con un láser”, dijo El autor principal del estudio, Oleg Dubinin, del Laboratorio de Fabricación Aditiva de Skoltech: “La aleación resultante exhibió propiedades ferromagnéticas en un grado que dependía de la relación entre los dos materiales constituyentes”.

El investigador continuó: “Nuestro estudio también proporciona una explicación teórica de la aparición de propiedades ferromagnéticas en la aleación en términos de su estructura atómica”. “Si bien los dos primeros materiales tienen la denominada estructura cristalina cúbica centrada en la cara, su combinación da como resultado una estructura cúbica centrada en el cuerpo”.

Anteriormente, los átomos de metal se ubicaban en las esquinas de cubos imaginarios y en sus caras. En el último caso, los átomos de metal están en el centro de los cubos invisibles en lugar de en sus caras. Esta segunda disposición le da al material sus propiedades magnéticas.

“Las aleaciones magnéticas de gradiente pueden encontrar aplicaciones en la ingeniería de máquinas, por ejemplo, en motores eléctricos”, comentó PI Stanislav Evlashin, científico investigador principal de Skoltech. “Nuestros resultados muestran que la deposición de energía dirigida no es solo una forma de imprimir materiales en gradiente 3D, sino también una forma de descubrir nuevas aleaciones. Además, la tecnología es altamente eficiente y adecuada para la fabricación rápida de piezas de gran volumen”.

Además de los investigadores de Skoltech, el estudio presentado en esta historia incluyó a científicos de la Universidad Técnica Marítima de San Petersburgo, el Centro Nacional de Investigación, el Instituto Kurchatov y la Universidad Estatal de Belgorod.

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Skoltech es una universidad privada internacional ubicada en Rusia. Fundada en 2011 en colaboración con el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), Skoltech hace crecer una nueva generación de líderes en ciencia, tecnología y negocios, realiza investigaciones en campos avanzados y fomenta la innovación tecnológica con el objetivo de resolver problemas críticos. Problemas que enfrenta Rusia y el mundo. Skoltech se centra en seis áreas prioritarias: Inteligencia Artificial y Comunicación, Ciencias de la Vida y de la Salud, Ingeniería Avanzada y Materiales Avanzados, Eficiencia Energética y ESG, Fotónica y Tecnologías Cuánticas y Estudios Avanzados. sitio web: https://www.skoltech.ru/.


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