Kann der Motorkern auch 3D-gedruckt werden?Neue Fortschritte bei der Untersuchung motorischer Magnetkerne Der Magnetkern ist ein blechförmiges Magnetmaterial mit hoher magnetischer Permeabilität.Sie werden häufig zur Magnetfeldführung in verschiedenen elektrischen Systemen und Maschinen verwendet, darunter Elektromagnete, Transformatoren, Motoren, Generatoren, Induktoren und andere magnetische Komponenten. Bisher war der 3D-Druck von Magnetkernen aufgrund der Schwierigkeit, die Kerneffizienz aufrechtzuerhalten, eine Herausforderung.Doch ein Forscherteam hat nun einen umfassenden laserbasierten additiven Fertigungsablauf entwickelt, mit dem seiner Meinung nach Produkte hergestellt werden können, die weichmagnetischen Verbundwerkstoffen magnetisch überlegen sind. ©3D-Science-Valley-Whitepaper
3D-Druck elektromagnetischer Materialien
Die additive Fertigung von Metallen mit elektromagnetischen Eigenschaften ist ein aufstrebendes Forschungsgebiet.Einige Forschungs- und Entwicklungsteams im Bereich Motoren entwickeln und integrieren ihre eigenen 3D-gedruckten Komponenten und wenden sie auf das System an. Designfreiheit ist einer der Schlüssel zur Innovation. Beispielsweise könnte der 3D-Druck funktioneller komplexer Teile mit magnetischen und elektrischen Eigenschaften den Weg für kundenspezifische eingebettete Motoren, Aktoren, Schaltkreise und Getriebe ebnen.Solche Maschinen können in digitalen Fertigungsanlagen mit weniger Montage- und Nachbearbeitungsaufwand etc. hergestellt werden, da viele Teile 3D-gedruckt werden.Doch aus verschiedenen Gründen hat sich die Vision des 3D-Drucks großer und komplexer Motorkomponenten nicht verwirklicht.Vor allem, weil es auf der Geräteseite bestimmte anspruchsvolle Anforderungen gibt, etwa kleine Luftspalte für eine höhere Leistungsdichte, ganz zu schweigen von der Problematik der Multimaterialkomponenten.Bisher konzentrierte sich die Forschung auf eher „grundlegende“ Komponenten wie 3D-gedruckte weichmagnetische Rotoren, Kupferspulen und Aluminiumoxid-Wärmeleiter.Natürlich sind weichmagnetische Kerne auch einer der Kernpunkte, aber das wichtigste Hindernis, das es im 3D-Druckprozess zu lösen gilt, ist die Minimierung des Kernverlusts.
▲Technische Universität Tallinn
Oben sehen Sie einen Satz 3D-gedruckter Musterwürfel, die den Einfluss der Laserleistung und der Druckgeschwindigkeit auf die Struktur des Magnetkerns zeigen.
Optimierter 3D-Druck-Workflow
Um den optimierten 3D-gedruckten Magnetkern-Workflow zu demonstrieren, ermittelten die Forscher die optimalen Prozessparameter für die Anwendung, einschließlich Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Schraffurabstand und Schichtdicke.Und die Auswirkung der Glühparameter wurde untersucht, um minimale Gleichstromverluste, quasistatische Verluste, Hystereseverluste und höchste Permeabilität zu erreichen.Die optimale Glühtemperatur wurde mit 1200 °C bestimmt, die höchste relative Dichte betrug 99,86 %, die niedrigste Oberflächenrauheit betrug 0,041 mm, der niedrigste Hystereseverlust betrug 0,8 W/kg und die endgültige Streckgrenze betrug 420 MPa. ▲Die Auswirkung des Energieeintrags auf die Oberflächenrauheit des 3D-gedruckten Magnetkerns
Schließlich bestätigten die Forscher, dass die laserbasierte additive Metallfertigung eine praktikable Methode für den 3D-Druck von Motormagnetkernmaterialien ist.In zukünftigen Forschungsarbeiten wollen die Forscher die Mikrostruktur des Teils charakterisieren, um Korngröße und Kornorientierung sowie deren Einfluss auf Permeabilität und Festigkeit zu verstehen.Die Forscher werden außerdem weiter nach Möglichkeiten suchen, die 3D-gedruckte Kerngeometrie zu optimieren, um die Leistung zu verbessern.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 03.08.2022 