有潜力改变汽车零部件制造，一款用于电机3D打印的软磁合金

| 3DScienceValley · 2024/01/19

根据《3D打印磁性材料研究进展》一文，深圳大学陈张伟教授从不同磁性材料的角度，包括永磁体、软磁体和磁性复合材料，阐明不同3D打印构建策略对磁性材料最终磁性能的影响。与传统技术相比，3D打印技术可以制备具有磁对准的各向异性结构，提高材料磁性能，这为3D打印磁性材料的广泛应用提供可能。

磁性材料3D打印，未来已来！

通过欧盟资助的 SOMA 项目，有机硅材料专家埃肯与研究合作伙伴和客户合作，开发了一种新型专用铁硅粉末，可以更高效地 3D 打印电机组件。SOMA 项目于 2021 年 1 月启动，为期 3 年，得到了 EIT Raw Materials 的支持，该项目由欧盟资助，项目总预算略高于 560 万欧元。

3D打印软磁合金
© Elkem

根据Additive Drives，3D 打印电动汽车电机：功率密度可进一步提高 45%，设计自由度更高，上市时间更快！

3D科学谷表示，3D打印-增材制造电机（EM）似乎只是时间问题。预测在未来几年内原型拓扑优化电机组件的3D打印将急剧增加，最有可能集中在3D打印机器绕组、热交换器和同步转子上。

改变汽车零件制造

据称这是一个有潜力改变汽车零部件制造的项目，埃肯成功地创造了一种基于硅钢的具有良好3D打印适用性的新型特种粉末。3D 打印组件显示出增强的灵活性和具有竞争力的磁性。

磁芯是一种具有高磁导率的片状磁性材料。它们通常被用于各式电气系统和机器中的磁场引导，包括电磁铁、变压器、电机、发电机、电感器和其他磁性组件。至今，由于磁芯效率较难保持，所以磁芯的3D打印问题一直是个挑战。

根据3D科学谷，具有电磁特性金属的增材制造是一个新兴研究领域。一些电机研发团队正在开发和集成自己的3D打印组件并将其应用到系统中，设计自由是创新的关键之一。

举个例子，具有磁性和电气特性的3D打印功能性复杂部件能为定制的嵌入式电机、执行器、电路及变速箱铺平道路。这样的机器可以在数字化的制造设备中生产，只需较少的装配与后处理等，因为许多部件都是3D打印。但碍于种种原因，3D打印大型复杂电机部件这一愿景并未实现。主要是因为设备方面有某些需要达到具有挑战性的要求，例如用于提高功率密度的小气隙等，多材料组件的问题更不用说了。

因此到目前为止，研究主要集中在更“基本”的部件上，如3D打印软磁转子，铜线圈和氧化铝导热器。当然软磁芯也是重点之一，但在3D打印过程中最需要解决的障碍是怎样最大限度地减少磁芯损耗。

此前，科研人员发现基于激光的金属增材制造是一种可行的3D打印电机磁芯材料方法。在今后的研究工作中，科研人员打算表征零件的微观结构，以了解晶粒尺寸和晶粒取向，以及它们对磁导率和强度的影响。研究人员还将进一步研究优化3D打印核心几何形状的方法，以提高性能。

良好的磁性材料

根据粉体圈《“第四代软磁材料”：软磁粉芯应用选择指南》，作为电力电子功率变换设备中的关键性材料，软磁材料是一类具有良好磁性能的材料，它们在外加磁场的作用下能够达到饱和磁化状态，并且在去除外部磁场后能够迅速失去磁性，可用于实现电能的变化与传输。随着电子行业的快速发展，新型电力电子设备及器件体积减小，根据粉体圈的报道，对软磁材料的主要性能指标也提出了具体要求：

1、高饱和磁化强度：以保证磁性元件具有较小的体积

2、高的磁导率和较低的矫顽力：以保证磁性元件单位体积的高储能和对外界具有灵敏的响应。

3、磁性能稳定性好：包括频率稳定性、热稳定性和时间稳定性，确保设备的可靠性

4、低功率损耗：降低设备的功率损耗，并避免因元器件发热引起的额外损耗和故障

在 SOMA 项目（软磁合金增材制造电动汽车轻量化解决方案）中，埃肯与项目合作伙伴 VTT（作为协调者）、西门子、Stellantis 和 Gemmate Technologies 一起开发了用于3D打印的软磁合金新材料。