Kan motorkärnan också 3D-printas?Nya framsteg i studiet av motoriska magnetiska kärnor Den magnetiska kärnan är ett arkliknande magnetiskt material med hög magnetisk permeabilitet.De används vanligtvis för magnetfältsstyrning i olika elektriska system och maskiner, inklusive elektromagneter, transformatorer, motorer, generatorer, induktorer och andra magnetiska komponenter. Hittills har 3D-utskrift av magnetiska kärnor varit en utmaning på grund av svårigheten att upprätthålla kärneffektiviteten.Men ett forskarlag har nu kommit med ett omfattande laserbaserat arbetsflöde för additiv tillverkning som de säger kan producera produkter som är magnetiskt överlägsna mjukmagnetiska kompositer. ©3D Science Valley vitbok
3D-utskrift av elektromagnetiska material
Additiv tillverkning av metaller med elektromagnetiska egenskaper är ett framväxande forskningsfält.Vissa motor-R&D-team utvecklar och integrerar sina egna 3D-utskrivna komponenter och applicerar dem på systemet, och designfrihet är en av nycklarna till innovation. Till exempel kan 3D-utskrift av funktionella komplexa delar med magnetiska och elektriska egenskaper bana väg för specialanpassade inbyggda motorer, ställdon, kretsar och växellådor.Sådana maskiner kan tillverkas i digitala tillverkningsanläggningar med mindre montering och efterbearbetning etc., eftersom många delar är 3D-printade.Men av olika anledningar har visionen om 3D-utskrift av stora och komplexa motorkomponenter inte förverkligats.Främst för att det finns vissa utmanande krav på enhetssidan, såsom små luftgap för ökad effekttäthet, för att inte tala om frågan om flermaterialkomponenter.Hittills har forskningen fokuserat på mer "grundläggande" komponenter, såsom 3D-printade mjukmagnetiska rotorer, kopparspolar och värmeledare av aluminiumoxid.Naturligtvis är mjuka magnetiska kärnor också en av nyckelpunkterna, men det viktigaste hindret som ska lösas i 3D-utskriftsprocessen är hur man minimerar kärnförlusten.
▲Tallinns tekniska universitet
Ovan är en uppsättning 3D-tryckta provkuber som visar effekten av laserkraft och utskriftshastighet på strukturen av den magnetiska kärnan.
Optimerat arbetsflöde för 3D-utskrift
För att demonstrera det optimerade 3D-tryckta magnetiska kärnarbetsflödet bestämde forskarna de optimala processparametrarna för applikationen, inklusive laserkraft, skanningshastighet, luckavstånd och lagertjocklek.Och effekten av glödgningsparametrar studerades för att uppnå minimala DC-förluster, kvasistatiska, hysteresförluster och högsta permeabilitet.Den optimala glödgningstemperaturen bestämdes till 1200°C, den högsta relativa densiteten var 99,86 %, den lägsta ytråheten var 0,041 mm, den lägsta hysteresförlusten var 0,8 W/kg och den slutliga sträckgränsen var 420 MPa. ▲Effekten av energitillförsel på ytråheten hos den 3D-tryckta magnetiska kärnan
Slutligen bekräftade forskarna att laserbaserad tillverkning av metalltillsatser är en användbar metod för 3D-utskrift av magnetiska kärnmaterial från motorer.I framtida forskningsarbete avser forskarna att karakterisera detaljens mikrostruktur för att förstå kornstorlek och kornorientering, och deras effekt på permeabilitet och styrka.Forskarna kommer också att undersöka ytterligare sätt att optimera den 3D-utskrivna kärngeometrin för att förbättra prestandan.
Posttid: Aug-03-2022 