Reinventar la cadena de suministro de imanes

Los imanes están en el corazón de productos como motores y generadores, que a su vez se utilizan en prácticamente todos los sectores de la sociedad: electricidad, manufactura, productos de consumo y transporte. Los imanes son un componente crítico en áreas como la defensa, utilizados para instrumentación, armas y vehículos (terrestres, aéreos y marítimos). En julio de 2019, Estados Unidos promulgó una determinación presidencial para abordar el riesgo de seguridad de la nación que supone la dependencia de adversarios extranjeros para obtener imanes. Este modelo de fuente única presenta una oportunidad obvia para las empresas capaces de aprovechar la fuente, pero también un peligro muy claro y presente de interrupción de una cadena de suministro de imanes donde los materiales para un producto solo pueden obtenerse de un lugar, ocasionalmente económicamente hostil.

Con su enfoque innovador de la tecnología magnética, Advanced Magnet Lab, Inc. (AML), ubicado en Melbourne, Florida, está preparado para hacer precisamente eso.

China domina la industria de imanes de tierras raras (REMI), y produce más del 85% del suministro mundial. La integración vertical de China de mano de obra barata, materias primas y estándares ambientales inseguros ha resultado en una "alta barrera de entrada al mercado" para los competidores de todo el mundo. Los imanes son una mercancía que se vende por kilogramo y tonelada métrica. Históricamente, las empresas que han entrado en la cadena de suministro de imanes no podían competir debido a la capacidad de China para controlar el mercado.

Si bien la escala ha aumentado y los materiales se han desarrollado y mejorado, los materiales utilizados para fabricar imanes, la tecnología magnética y los métodos para fabricar imanes han sido los mismos durante décadas. Los imanes y conjuntos convencionales son costosos y limitan a los ingenieros de diseño a configuraciones que no están optimizadas para el rendimiento y el costo de los productos de uso final, como motores y generadores. Los imanes se producen en bloques, luego se cortan en trozos pequeños y se venden como productos básicos. También tienen restricciones en forma, tamaño y magnetización mayoritariamente unidireccional, lo que significa que los motores más grandes del mercado requieren docenas, cientos y, a veces, miles de imanes en un conjunto. En el caso de campos magnéticos muy intensos, el montaje en un motor es complejo y costoso. Además, la tendencia es hacia una mayor calidad y un mejor rendimiento, lo que requiere materias primas y fabricación más caras y un panorama de propiedad intelectual poco claro.

Romper la fortaleza de China requiere innovación para permitir una cadena de suministro de REMI sostenible que reinvente la tecnología y transforme el REMI. AML está reinventando la cadena de suministro de REMI y abordando cada elemento de la cadena de suministro: materiales, fabricación, rendimiento y ensamblaje.

El enfoque de AML no es cortar piezas pequeñas de bloques magnéticos y vender imanes mercantilizados. Los imanes AML están diseñados y fabricados para lograr un tamaño, forma y magnetización óptimos, lo que da como resultado un mayor rendimiento y un menor costo para el producto de uso final.

AML se centra en varios aspectos clave para lograr esto, que incluyen:

AML tiene una amplia gama de soluciones dentro de su cartera para reinventar la cadena de suministro de imanes.

PM-Wire™

AML ha desarrollado PM-Wire, una solución novedosa para el diseño y fabricación de imanes que mejora el rendimiento y reduce el costo de productos de uso final como motores y generadores. Este enfoque es la forma ideal de producir imanes, ya que utiliza un proceso de fabricación "similar a un cable" en el que todos los parámetros críticos del proceso se pueden ajustar y mantener con precisión para cualquier tipo de aleación de imán, incluidos los materiales que no son de tierras raras.

PM-UNIFORM™

Constan de imanes rectos, curvos, anulares o helicoidales con magnetización transversal o radial, y se pueden producir en longitudes de metros y ofrecen un menor coste de montaje y un menor número de piezas.

PM-AXIAL™ para motores

Se trata de imanes curvos con magnetización axial, que permiten topologías de rotor con ventajas innovadoras. El PM-AXIAL tiene un mayor rendimiento, con rendimiento Halbach, operación a mayor temperatura y una envoltura y funda de contención reducidas. Al no tener hierro, también se reduce su peso. Además, tiene ensamblajes de menor costo debido a un menor número de piezas, facilidad de ensamblaje y materiales de menor calidad/costo.

PM-360™

Imanes rectos, anulares o helicoidales con "dirección de magnetización que cambia continuamente", el PM-360 ofrece un mayor rendimiento, mejor que el rendimiento de Halbach, así como un peso reducido debido a que no contiene hierro. El PM-360 también tiene un número reducido de piezas y es fácil de ensamblar, lo que significa ensamblajes de menor costo para la cadena de suministro de REMI.

Ejemplos de soluciones PM-Wire

Reemplazar los imanes convencionales con PM-Wire mejora el rendimiento y reduce el costo de los motores. Los siguientes son tres ejemplos del mundo real que muestran el impacto de la tecnología:

El enfoque de AML hacia la cadena de suministro de REMI es único en tecnología y negocios. La empresa se centra en el producto de uso final y deja que esos requisitos determinen la mejor solución PM-Wire. AML no compite en el mercado de imanes mercantilizado, 'yo también' y 'pieza-parte'.

Fases de desarrollo de PM-Wire

El desarrollo de PM-Wire ha seguido varias fases, entre ellas:

Desarrollo de aplicaciones PM-Wire

AML tiene una experiencia única en el desarrollo de sistemas basados ​​en imanes, incluidos motores y generadores. Utilizando software propietario, la empresa trabaja directamente con los clientes del producto de uso final en función de tres escenarios. El primero es el diseño "plug-and-play", que elimina los imanes convencionales y luego los optimiza con imanes PM-Wire sin cambiar el diseño del estator. Lo siguiente es la optimización de un diseño existente, donde se optimiza el diseño de una máquina, incluido el estator, y luego se optimiza aún más con imanes PM-Wire. Finalmente, está la generación de un nuevo diseño, codesarrollando una nueva máquina optimizada con imanes PM-Wire.

AML está colaborando con ReElement Technologies (ReElement), una empresa que establece capacidades de producción a gran escala para reciclar productos al final de su vida útil, como turbinas eólicas, motores y productos de consumo.

La extracción de óxidos de tierras raras es necesaria para la cadena de suministro de imanes mediante un proceso de cromatografía limpio y eficiente. La colaboración dará como resultado instalaciones de producción que reciclan productos al final de su vida útil para fabricar imanes PM-Wire para productos de nueva vida.

ReElement ha aprovechado más de 40 años de desarrollo y éxito comercial en las industrias farmacéutica, de insulina y del azúcar. No se trata de una tecnología nueva, sino más bien de una nueva aplicación de una existente. Su enfoque tiene una eficacia probada a escala comercial para separar y purificar tanto los elementos de tierras raras (REE) como los minerales críticos de las baterías hasta lograr una pureza ultraalta con un alto rendimiento. A través de sus más de 40 años de desarrollo y aplicación comercial, ReElement puede realizar cálculos de equilibrio de masa con mucha precisión para adaptarse muy rápidamente a diferentes materias primas, logrando objetivos de rendimiento (superior al 95 %) y pureza (superior al 99,9 %) de manera muy eficiente.

El enfoque de AML hacia el mercado es único. AML se centra en lo que importa: el producto de uso final basado en imanes, como un motor, y en optimizar el rendimiento y el costo del motor. A diferencia del enfoque convencional, PM-Wire proporciona a los ingenieros un conjunto completamente nuevo de botones que girar para optimizar el diseño del motor. PM-Wire se puede utilizar con todas las aleaciones de imanes sinterizados existentes y abre nuevos mercados para los no sinterizados. Los diseños de motores ahora se pueden optimizar completamente para el rendimiento, incluidos: peso, par, temperatura de funcionamiento y facilidad de montaje.

El proceso de optimización incorpora la experiencia única de AML con software propietario, proporcionando un diseño integral que considera todos los aspectos del diseño del producto de uso final para la cadena de suministro de imanes. Por ejemplo, AML realiza estudios de diseño que consideran una gama completa de materiales de aleación que van desde tierras no raras hasta aleaciones anisotrópicas no sinterizadas y sinterizadas.

Hoy en día, AML es capaz de producir soluciones de imanes no sinterizados a pleno rendimiento para reinventar la cadena de suministro de imanes. Los ingenieros de AML diseñaron, construyeron y pusieron en marcha una línea de fabricación de última generación financiada por el Departamento de Defensa de EE. UU. Esta línea robótica tiene la capacidad de producir de 2 a 6 m por minuto de imanes PM-Wire. Actualmente, AML también produce imanes PM-Wire sinterizados a escala de laboratorio y, durante los próximos 12 meses, establecerá capacidades a pleno rendimiento para imanes sinterizados.

AML cuenta con el apoyo del gobierno de EE. UU. y una gran industria para la misión colectiva de establecer una cadena de suministro nacional sostenible. Los socios estratégicos incluyen el Departamento de Defensa de EE. UU., el Departamento de Energía de EE. UU., la Marina de EE. UU., el Laboratorio Nacional Oakridge, las empresas aeroespaciales y de defensa de EE. UU., ReElement y más.

Para obtener más información sobre cómo convertirse en socio, cliente o consultas generales, comuníquese con [email protected] o llámenos al +1 321 728 7543. Para obtener más información sobre AML, visite www.mitusmagnets.com o conéctese con la empresa en Facebook , Twitter y LinkedIn.

Tenga en cuenta que este artículo también aparecerá en la decimoquinta edición de nuestra publicación trimestral.

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