Hartmagnete

Hart- oder auch Permanentmagnete sind für viele Anwendungen essenziell. Ihr Einsatz reicht von Kleinstmagneten in Vibrationsmotoren für Mobiltelefone, Mikrofone und Kopfhörer bis hin zu Elektromotoren für E-Bikes und PKW. Die konventionelle Herstellung der Magnete ist allerdings ressourcen- und kostenintensiv. Zudem sind die herstellbaren Geometrien begrenzt, was gerade im Hinblick auf die fortschreitende Miniaturisierung ein Problem darstellt. Das Fraunhofer IFAM arbeitet daher an der Entwicklung von Verfahren, mit denen Hartmagnete auf Basis Seltener Erden ressourcenschonender und komplexer gefertigt werden können.

Neue Fertigungsverfahren ermöglichen komplexe Magnetformen für unterschiedlichste Anwendungen

Permanentmagnete kommen aktuell und zukünftig in vielen Anwendungen zum Einsatz. Aus Gewichts- und Bauraumgründen ist für viele dieser Anwendungen die Energiedichte der Magnete entscheidend. Magnete auf Basis Seltener Erden (Nd-Fe-B, Sm-Co) sind aufgrund ihrer herausragenden magnetischen Eigenschaften oft alternativlos. Der hohe Anteil Seltener Erden in den Magneten macht diese wirtschaftlich und strategisch interessant.

Die konventionelle Fertigung von Nd-Fe-B-Magneten erfolgt über Pressen der Metallpulver zu relativ einfachen Geometrien. Komplexere Geometrien müssen aufwendig mittels Schleifen und Schneiden gefertigt werden. Je nach Geometrie und Bauteilgröße sind damit hohe zusätzlichen Fertigungskosten und eine verminderte Rohstoffausnutzung verbunden.

Um dem entgegenzuwirken, arbeitet das Fraunhofer IFAM an der ressourcenschonenden und wirtschaftlichen Fertigung komplexer Nd-Fe-B-Magnete. Der Fokus liegt dabei sowohl auf der Anwendung bereits etablierter industrieller Herstellungsverfahren wie dem Metallpulverspritzguss (Metal Injection Molding (MIM)) als auch auf der Entwicklung und Bewertung neuer Verfahren, allen voran der additiven Fertigung.

Metallpulverspritzguss (MIM)

Der Metallpulverspritzguss (MIM) ermöglicht die Fertigung komplexer Geometrien in hohen Stückzahlen und bei hoher Ausnutzung der eingesetzten Materialien. Am Fraunhofer IFAM wurde das Verfahren erfolgreich für die Herstellung von Seltenerdmagneten adaptiert. Durch die Vielfalt unserer Anlagen decken wir dabei die gesamte Prozesskette von der Feedstockherstellung über die Formgebung und das Sintern bis zur metallografischen Analyse ab.

Additive Manufacturing

Für das Bauteildesign in der Entwicklungsphase und den Bau von Demonstratoren ist der Werkzeugbau oft zu teuer oder zu aufwendig. Die Lösung für diese Probleme können Magnete aus dem Drucker darstellen. Die additive Fertigung ermöglicht die schnelle und kostengünstige Fertigung solcher Magnete. Dazu werden die Magnetpulver mit einem polymeren Bindersystem gemischt und wahlweise als Granulat oder als extrudiertes Filament verdruckt. Die so hergestellten Teile weisen eine hohe Geometrieflexibilität auf, ohne dass eine aufwendige Werkzeugherstellung notwendig ist. Verbleibt das polymere Bindersystem im Bauteil, handelt es sich um sogenannte kunststoffgebundene Magnete. Durch chemisch-thermische Entfernung des Binders und anschließendes Sintern können rein metallische Permanentmagnete erzeugt werden.

Die erfolgreiche Herstellung der Hartmagnete erfordert umfangreiche Kenntnisse der Werkstoffe über die gesamte Prozesskette bis hin zur Charakterisierung. Mit unserer jahrzehntelangen Erfahrung auf dem Gebiet der Pulvertechnologie sind wir genau der richtige Partner für die Entwicklung von Werkstoff- und Prozesslösungen für Ihre individuellen Produkte.