韓國機(jī)械材料研究院（KIMM）利用磁性3D打印推動電機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展

2024年12月，南極熊獲悉，韓國機(jī)械材料研究院（Korea Institute of Machinery & Materials, KIMM）攜手自主制造研究所、韓國材料科學(xué)研究所及嘉泉大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，成功開發(fā)出了一種具有革命性的磁性3D打印技術(shù)。這項(xiàng)新技術(shù)不僅能夠無需模具直接制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高性能電機(jī)，而且在下一代電機(jī)的性能評估中也取得了令人矚目的成就。

在Taeho Ha博士的帶領(lǐng)下，研究團(tuán)隊(duì)通過精心設(shè)計(jì)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了涵蓋從材料選擇到設(shè)備工藝的一整套解決方案。該方案特別針對電機(jī)制造過程中對磁性材料的應(yīng)用進(jìn)行了創(chuàng)新，使得新開發(fā)的軸向磁通電機(jī)能夠在有限的空間內(nèi)提供更高的扭矩和輸出功率，非常適合應(yīng)用于機(jī)器人技術(shù)、電動汽車以及移動解決方案等領(lǐng)域。測試結(jié)果顯示，這款500W級別的3D打印電機(jī)達(dá)到了超過2.0 kW/L的輸出密度，標(biāo)志著電機(jī)制造領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。

傳統(tǒng)上，電機(jī)的生產(chǎn)依賴于電工鋼片或粉末成型等方法，這些方法需要使用特定的模具來構(gòu)建電機(jī)結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致了設(shè)計(jì)上的局限性和成本的增加。相比之下，KIMM的磁性3D打印技術(shù)則完全擺脫了模具的限制，可以自由地設(shè)計(jì)和制造各種復(fù)雜的幾何形狀，大大提高了電機(jī)的性能潛力。此外，由于減少了模具生產(chǎn)和材料浪費(fèi)，該技術(shù)還有助于降低生產(chǎn)成本，并支持小批量、多品種的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。



技術(shù)概述
●無模具制造：傳統(tǒng)電機(jī)制造依賴于模具來形成固定的幾何形狀，而磁性3D打印技術(shù)允許直接根據(jù)數(shù)字模型逐層構(gòu)建零件，無需使用模具。這不僅提高了設(shè)計(jì)自由度，還減少了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間和成本。

●復(fù)雜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)：利用3D打印技術(shù)，可以創(chuàng)建傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如復(fù)雜的冷卻通道或優(yōu)化的磁場分布路徑，從而提升電機(jī)性能。

●高精度與定制化：3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)微米級別的打印精度，使得每個電機(jī)都可以根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行高度定制，以滿足特定需求。

技術(shù)原理
●材料選擇與處理：為了確保打印出來的電機(jī)部件具有優(yōu)良的磁性和機(jī)械性能，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了適合3D打印的特殊磁性粉末材料。這些材料經(jīng)過特殊的預(yù)處理，保證其在打印過程中能均勻地鋪設(shè)并保持良好的流動性。

●3D打印過程：使用激光或其他能量源將磁性粉末逐層熔融固化，按照預(yù)先設(shè)定的CAD模型逐步構(gòu)建出所需的電機(jī)組件。每層打印完成后，平臺會下降一定距離，以便添加新的粉末層繼續(xù)打印。在這個過程中，通過精確控制激光的能量密度、掃描速度等參數(shù)，可以調(diào)整材料的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響最終產(chǎn)品的磁性能和其他物理特性。

●磁場優(yōu)化設(shè)計(jì)：研究人員采用計(jì)算模擬工具對電機(jī)內(nèi)部的磁場分布進(jìn)行了詳細(xì)分析，并基于此設(shè)計(jì)出了最優(yōu)的線圈排布和磁極形狀，以達(dá)到最佳的電磁轉(zhuǎn)換效率。

●后處理強(qiáng)化：打印完成后，可能還需要對成品進(jìn)行熱處理或其他形式的后加工，以進(jìn)一步提高材料的磁性能和整體強(qiáng)度。例如，通過退火處理可以減少內(nèi)部應(yīng)力，改善磁導(dǎo)率。

●集成測試與驗(yàn)證：完成后的電機(jī)組件會被組裝起來，并經(jīng)過一系列嚴(yán)格的測試，包括靜態(tài)磁場測量、動態(tài)性能評估等，以確保它們符合預(yù)期的設(shè)計(jì)要求和性能指標(biāo)。

展望未來，Ha博士表示：“我們相信，磁性3D打印技術(shù)代表了制造業(yè)的一次重要飛躍，它為高性能電機(jī)的發(fā)展提供了無限可能。我們將繼續(xù)探索如何將這一技術(shù)與更多高性能材料相結(jié)合，以進(jìn)一步擴(kuò)展其在先進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍�！�

這項(xiàng)技術(shù)的成功研發(fā)，預(yù)示著電機(jī)制造行業(yè)即將迎來一場深刻的變革，同時也為那些追求高效能、高靈活性產(chǎn)品的制造商們帶來了新的希望。隨著市場需求的變化和技術(shù)的進(jìn)步，磁性3D打印技術(shù)有望成為推動電機(jī)產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的重要力量。