與商業(yè) NO ~6.5% 和 ~3% 的硅鋼片相比，L-PBF 基于粉末床的選區(qū)激光熔化金屬3D打印處理的硅鋼顯示出相似的磁極化。目前在 AM-增材制造加工的軟鋼中尚未實現(xiàn)強的優(yōu)選顆粒取向。

3D打印軟磁材料的核心改進是通過氣隙設計（平行和垂直于構建方向）實現(xiàn)的。相比之下，對于典型的商業(yè)材料，總磁芯損耗要低得多。

降低 AM 軟磁材料渦流損耗的策略：(a) 垂直于打印方向的內部氣隙 (b) 平行于構建方向的有限氣隙 + 金屬間化合物層 (ce)與構建方向平行的寬闊氣隙

© ScienceDirect

不過，3D科學谷了解到目前為止，3D 打印軟磁材料中的過量鐵芯損耗幅度和行為尚未得到徹底研究。L-PBF(SLM) 基于粉末床的選區(qū)激光熔化金屬3D打印制備的硅鋼是迄今為止研究最徹底的增材制造軟磁鋼。當通過優(yōu)化工藝制備時，可以獲得適合電機結構的材料特性：即從高純度粉末通過L-PBF 3D打印制備的接近完全致密的樣品。

根據(jù)3D科學谷的市場觀察，除了L-PBF(SLM) 基于粉末床的選區(qū)激光熔化金屬3D打印工藝，F(xiàn)raunhofer IFAM將金屬3D 絲網打印工藝應用到新電力驅動的軟磁組件。Fraunhofer IFAM通過3D打印實現(xiàn)的潛在成本降低的一個具體例子是異步電機中的軟磁組件。3D科學谷了解到最新的科研進展情況是磁芯損耗可降低 10%，生產中的材料成本可降低 20%。Fraunhofer IFAM通過各種措施，例如使絲網打印過程完全自動化和增加可用的絲網面積，提高了整個過程的生產率。因此，異步電機生產中的二氧化碳排放量可減少約 20%，在片材包裝中可減少約 40%。

 硬磁材料的增材制造

在電機中，硬磁材料（永磁體）用于在不施加電流的情況下產生磁通量。由于這些材料用于存儲磁能，因此寬磁滯回線區(qū)域是必不可少的。

表 ：用于電機應用的常用永磁材料

© ScienceDirect

傳統(tǒng)制造方法（燒結和粘合）生產復雜的網狀永磁體具有挑戰(zhàn)性�？尚械拇朋w拓撲結構是有限的，因為這些技術涉及模具和壓制工具，生坯零件在燒結時也會經歷顯著的收縮（高達 25% vol）。

與軟磁材料類似，已建議使用3D打印-增材制造方法來生產拓撲優(yōu)化形狀的永磁體。根據(jù)3D科學谷的了解，稀土永磁材料是第三代永磁材料，主要包括稀土鈷永磁材料和釹鐵硼永磁材料。前者是稀土元素鈰、鐠、鑭、釹等和鈷形成的金屬間化合物，主要用于低速轉矩電動機、啟動電動機、傳感器、磁推軸承等的磁系統(tǒng)。后者釹鐵硼永磁材料是第三代稀土永磁材料，其剩磁、矯頑力和最大磁能積比前者高，不易碎，有較好的機械性能，合金密度低，有利于磁性元件的輕型化、薄型化、小型和超小型化。

隨著3D打印技術進一步打開復合材料的制造空間，在 AM-增材制造硬磁材料的情況下，存儲更多磁能的主要障礙仍然是相對較低的硬磁相密度。3D打印磁體通常表現(xiàn)出大的孔隙率和/或粘結劑含量，因此飽和磁化強度低（最大能量密度與 Js2 成正比）。

同時，3D科學谷了解到目前3D打印-增材制造的永磁樣品表現(xiàn)出相對較高的矯頑力：在大多數(shù)研究中達到 700-800 kJm-1。這可歸因于 AM 材料固有的有限顆粒結構和高結構雜質含量。除了 NdFeB，其他硬磁化合物的 3D 打印不太常見，包括 ALNiCo、SmCo和鐵氧體磁體的一些實例。

此前，根據(jù)3D科學谷的市場觀察，ORNL美國橡樹嶺國家實驗室通過將NdFeB稀土粉末與聚合物混合在一起，然后通過熔融擠出頭將材料擠壓出來，一層一層復合而成產品的形狀。復合顆粒中65%體積的材料為各向同性的NdFeB磁粉，35%體積的材料為聚酰胺（尼龍）。

3D打印電機永磁體

© ORNL

尼龍是一種很常見的、用途廣泛的材料，在3D打印行業(yè)通常采用的是選擇性激光燒結的3D打印方法來制造尼龍產品。而ORNL則采用的是類似與FDM技術，將材料融化擠壓出來。

除了不需要模具來制造永磁材料，此外，ORNL發(fā)現(xiàn)他們的BAAM打印工藝還比傳統(tǒng)制造方法節(jié)約30%到50%的材料，因為那些沒有被用過的材料可以通過循環(huán)被再次使用。

根據(jù)3D科學谷，AM增材制造將在電機的設計中引入了全新的設計規(guī)則，因為增材制造的成本與批量大小以及產品設計的復雜性并不相關。這意味著電機的電磁和熱優(yōu)化有更多機會：因為磁通路徑和導體可以根據(jù)設計要求進行三維形狀，并且設計中集成了更有效的無源或有源熱交換器。

根據(jù)3D科學谷的了解，3D打印永磁的技術挑戰(zhàn)如下：

- 廣泛采用的基于擠壓的增材制造方法為實現(xiàn)復雜零件幾何形狀提供了較少的機會。這是由于3D打印后燒結過程中涉及的顯著收縮和機械不穩(wěn)定性。

- 在打印復雜形狀的永磁磁體同時，還必須設計一種磁化過程，以便在材料上賦予必要的三維磁化圖案。理想情況下，這個過程將在3D打印過程中原位進行——由于涉及的強磁場，涉及到無數(shù)的技術挑戰(zhàn)。

總之，新材料的開發(fā)及其通過下一代生產方法進行的工業(yè)集成對電機的整體性能產生了最顯著的影響。材料定義了機器的實際限制，而其他研究領域（控制、設計、優(yōu)化）——允許針對特定應用的進化發(fā)展。

越來越可靠的絕緣材料、更有效的電導體和磁導體、新的永磁合金以及具有成本效益的制造和加工方法，這些因素的配合使最終消費者可以獲得更強大和更復雜的電機設計。下一期，3D科學谷將針對3D打印電機中的導電材料進行深入剖析。

(責任編輯：admin)

• Himed評估不同噴砂磨料在3
• 粉末粒徑可以控制增材制造
• Divergent公司以3D打印技
• 浙大口腔醫(yī)學院：生物3D打
• 新型類器官樣神經血管球促
• 推動粘結劑噴射（鑄造/金

• ·Himed評估不同噴砂磨料在3D打印鈦合金
• ·粉末粒徑可以控制增材制造合金微觀結構
• ·Divergent公司以3D打印技術驅動汽車制
• ·浙大口腔醫(yī)學院：生物3D打印在牙科組織
• ·新型類器官樣神經血管球促進皮瓣移植研
• ·推動粘結劑噴射（鑄造/金屬/陶瓷）3D打
• ·工程化活體材料與3D生物打印融合：現(xiàn)狀
• ·鋁激光增材制造：基于可持續(xù)性視角的挑