Промышленные применения AT & 3D решений для профессионалов

Бельгийский консорциум модернизирует электродвигатели с помощью 3D-печати

Немецкая компания Additive Drives совместно с несколькими автомобильными концернами первыми начали использовать 3D-печать для производства обмоток и отдельных компонентов для электродвигателей. Используя аддитивное производство, команда инженеров и ученых добилась более высокой эффективности и производительности в модернизированных электродвигателях. В дальнейшем предполагается, что новыми моторами будут оснащаться не только автомобили, велосипеды, промышленное оборудование, но и другая техника.

 

Тонкости функционирования электродвигателя и способы оптимизации его работы

Конструкция любого типа электрического мотора включает статор, который создает магнитное поле и ротор (обмотку), выполняющую функцию токопроводящего вращательного контура. Ротор размещается в воздушном зазоре внутри статора. Его плавное вращение обеспечивает подшипник. При запуске двигателя по обмоткам ротора начинает идти ток. Магнитное поле воздействует на обмотку в разных направлениях, за счет чего создается крутящий момент, передающий вращение на вал.

С момента создания первого электрического двигателя прошло более 100 лет. С того времени были изобретены разные модели моторов: постоянного и переменного тока, сверхмалые и габаритные. Для максимального КПД инженеры усовершенствовали конструкцию, геометрию и отдельные детали двигателя.

Однако работы по оптимизации не прекращаются. Так, команда из трех бельгийских исследовательских групп начала применять 3D-печать с использованием различных материалов при изготовлении обмоток, сердечника и других деталей. Это стало возможно, потому что технология 3D-печати позволяет наносить различные материалы послойно, смешивать сырье для получения составов с новыми свойствами. Инженеры надеются, что им удастся найти способы уменьшения потерь магнитной, электрической и механической энергии для более эффективной работы электродвигателей. Каждая из исследовательских организаций представила свои разработки.

 

Медная печать от VITO

VITO — фламандская исследовательская организация, занимающаяся углубленным изучением 3D-печати с 2006 года. Одно из направлений ее деятельности - 3D-печать деталей керамической, металлической и полимерной пастами. Основное достижение компании в этой области - получение пасты из чистой меди для 3D-печати. Из отчета следует, что в процессе 3D-печати с микро экструзионным нанесением медной пасты удалось получить детали без внешних дефектов с относительной плотностью 95-99% и высокой электропроводностью — 90-102%.

Образец детали, напечатанной из чистой меди

Еще одна разработка VITO - 3D-печать из интерметаллического соединения, силицид железа FeSi (электротехническая сталь, которая часто используется для изготовления сердечника двигателя). Сейчас исследовательская группа занята работами над 3D-печатью сердечника, при которой происходит чередование двух слоев: керамического и FeSi. Пока у команды не получилось достичь желаемого результата: на данный момент детали получаются с браком, у них наблюдается значительное изменение геометрии за счет усадки материала. Однако исследователи не сдаются и надеются, что в скором времени им удастся усовершенствовать 3D-печать детали сердечника.

3D-печать с помощью электротехнической стали, часть сердечника двигателя

 

3D-печать меди из связанной металлической нити от KU Leuven

В то время как VITO занимается экструзией пасты, KU Leuven работает над технологией FDM (моделированием методом послойного наплавления) с использованием материала из металла и керамики. Эта технология аналогична процессу печати различными металлами, который используют компании Desktop Metal, Nanoe и Markforged. Исследователи пытались комбинировать несколько разных материалов в одном цикле 3D-печати. Работы в этом направлении продолжаются. В свою очередь команда Гентского университета занята оптимизацией конструкции электродвигателей с целью увеличения магнитного потока.

Медный оттиск из связанной металлической нити от KU Leuven.

Ученые надеются, что плодотворная совместная работа трех исследовательских групп позволит добиться поставленной цели: увеличить энергоэффективность и мощность двигателей.

«Нам нравится работать над проектом по модернизации электромоторов. С учетом масштабов производства двигателей даже небольшая оптимизация может оказаться важной. Конечно, мы понимаем, что в случае незначительной модернизации производители двигателей скорее всего откажутся от применения новой технологии.

Если все же удастся достичь поставленной цели по увеличению мощности установок, то можно будет внедрить аддитивные технологии в массовое производство. Преимуществом этих технологий является не только получение модернизированных двигателей, но и возможность сокращения затрат на их изготовление, поскольку 3D-печать нитями и пастами относится к недорогим технологиям. Пока эти два метода 3D-печати имеют недостатки, например, недостаточную автоматизацию. Однако, при нивелировании минусов производства в будущем вполне реально изготавливать рентабельные детали», — считают исследователи.

 

Источник статьи - блог компании 3DVision: https://3dvision.su/blog/belgiyskiy-konsortsium-stremitsya-modernizirovat-elektrodvigateli-s-pomoshchyu-3d-pechati/