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3D-Druck Forschung

Magnete mit komplexer Geometrie aus dem 3D-Drucker

Eine becherartige Form (rechts unten), hergestellt im 3D-Drucker (Bild: TU Wien)
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Permanentmagnete | Forscher können nun kostengünstig komplex geformte Magnete und präzise maßgeschneiderte Magnetfelder herstellen. Sie drucken die gewünschten Permanentmagneten einfach aus.

Starke Magnete herzustellen, ist heute technisch kein Problem. Schwierig ist es allerdings, einen Permanentmagneten zu produzieren, dessen Magnetfeld eine ganz bestimmte vorgegebene Gestalt annimmt. An der TU Wien wurde dafür nun eine neue Lösung gefunden: Erstmals kann man Permanentmagnete im 3D-Drucker herstellen. Das ermöglicht komplex geformte Magnete und präzise maßgeschneiderte Magnetfelder, wie man sie etwa für Magnetsensoren benötigt.

„Es kommt nicht immer nur auf die Stärke eines Magnetfeldes an“, sagt Dieter Süss, Leiter des Christian-Doppler Labors „Advanced Magnetic Sensing and Materials“ an der Österreichischen TU Wien. „Oft benötigen wir spezielle Magnetfelder, deren Feldlinien auf ganz bestimmte Weise angeordnet sind – zum Beispiel ein Magnetfeld, das in einer Richtung ziemlich konstant ist, dessen Stärke sich aber entlang einer anderen Richtung stark verändert.“
Um solche Anforderungen zu erfüllen, stellt man Magnete mit raffinierter geometrischer Form her. „Man kann einen Magneten am Computer entwerfen und seine Form anpassen, bis sein Magnetfeld alle gewünschten Anforderungen erfüllt“, erklärt Christian Huber, Doktorand im Team von Dieter Süss. Statt dem bisher üblichen aufwendigen Spritzgussverfahren kommt an der TU Wien der 3D-Drucker zum Einsatz.
Das Funktionsprinzip des Magnet-Druckers ist im Grunde dasselbe wie bei einem Kunststoff-Drucker. Allerdings arbeitet der Magnet-Drucker mit speziell hergestellten Schnüren aus magnetischem Mikro-Granulat, das von einem Kunststoff-Bindematerial zusammengehalten wird. Im Drucker wird das Material erhitzt und mit einer Düse Punkt für Punkt an den richtigen Stellen aufgebracht. So entsteht ein dreidimensionales Objekt, das zu ungefähr 90 % aus magnetischem Material und zu 10 % aus Kunststoff besteht.
Das Endprodukt ist zunächst noch nicht magnetisch, weil das Granulat in unmagnetisiertem Zustand eingebracht wird. Das fertige Objekt wird erst am Ende einem starken äußeren Magnetfeld ausgesetzt, dadurch wird es zum Permanentmagneten. „Wir können auf diese Weise unterschiedliche magnetische Materialien verarbeiten, beispielsweise die besonders starken Neodym-Eisen-Bor Magnete“, sagt Dieter Süss. „Die Magnetdesigns, die wir am Computer berechnen, können wir damit rasch und präzise umsetzen – in einem Größenbereich von wenigen Zentimetern bis zu Dezimetern, mit einer Genauigkeit von weit unter einem Millimeter.“
Das neue Verfahren ist nicht nur schnell und kostengünstig, es eröffnet nun auch Möglichkeiten, die mit anderen Techniken völlig undenkbar wären: So könnte man etwa in einem einzigen Magneten unterschiedliche Materialien verarbeiten und einen sanften Übergang zwischen starkem und schwachem Magnetismus erzeugen. „Nun werden wir ausloten, wie weit wir gehen können – aber bereits jetzt ist klar, dass der 3D-Druck Möglichkeiten im Magnet-Design bietet, von denen wir bisher nur träumen konnten“, meint Dieter Süss.
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