TU Wien Magnete aus dem 3-D-Drucker

Per 3-D-Drucker können auch Permanentmagneten mit becherartiger Form (rechts unten), hergestellt werden.
Per 3-D-Drucker können auch Permanentmagnete mit becherartiger Form (rechts unten), hergestellt werden.

Für Magnetsensoren werden verschiedene Permanentmagnete benötigt. Die Herstellung ist auch heute noch schwierig, denn sie müssen ein ganz bestimmtes Magnetfeld haben. An der TU Wien können solche Magnete nun einfach und günstig hergestellt werden – mit Hilfe eines 3-D-Druckers.

Auch heute noch ist es schwierig einen Permanentmagnet zu produzieren, dessen Magnetfeld eine ganz bestimmte vorgegebene Gestalt annimmt. An der Technischen Universität Wien werden derartige Magnete nun erstmals mit einem 3D-Drucker hergestellt. Dadurch sind komplexe Formen und präzise maßgeschneiderte Magnetfelder möglich, die zum Beispiel für Magnetsensoren benötigt werden.

»Es kommt nicht immer nur auf die Stärke eines Magnetfeldes an«, erläutert Dieter Süss, Leiter des Christian-Doppler Labors Advanced Magnetic Sensing and Materials an der TU Wien. Oft seien spezielle Magnetfelder benötigt, 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 werden Magnete mit raffinierter geometrischer Form hergestellt. Laut Christian Huber, Doktoratsstudent im Team von Dieter Süss kann ein Magnet am Computer entworfen und seine Form anpasst werden, bis sein Magnetfeld alle gewünschten Anforderungen erfüllt.

Ist die gewünschte geometrische Form bereits bekannt, lässt sich das Design zum Beispiel per Spritzgussverfahren umsetzten. Dafür muss aber erst eine Gussform herstellt werden. Das ist sowohl zeitaufwendig als auch teuer und lohnt sich kaum für die Produktion kleiner Stückzahlen.

Winzige Magnetpartikel

An der TU Wien gibt es dafür nun eine viel einfachere Methode. Dort entstand der erste 3-D-Drucker zur Herstellung von Objekte aus magnetischen Materialien. 3-D-Drucker, die Kunststoffstrukturen erzeugen, gibt es schon lange, und das Funktionsprinzip des Magnet-Druckers ist im Grunde dasselbe. 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 90 Prozent aus magnetischem Material und zu 10 Prozent aus Kunststoff besteht.

Bei der Herstellung ist das Granulat noch nicht magnetisiert, weshalb das Endprodukt zunächst noch nicht magnetisch ist. Erst am Ende wird das fertige Objekt einem starken äußeren Magnetfeld ausgesetzt und wird so zu einem Permanentmagneten.

»Wir können auf diese Weise unterschiedliche magnetische Materialien verarbeiten, beispielsweise die besonders starken Neodym-Eisen-Bor-Magnete«, erläutert 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 eröffnet ganz neue Möglichkeiten: So könnten zum Beispiel in einem einzigen Magneten unterschiedliche Materialien verarbeitet werden, um einen sanften Übergang zwischen starkem und schwachem Magnetismus zu erzeugen.