Elektromotorkerne aus additiver Fertigung

Die Herausforderung

Fe-6,5%Si-Elektrostahl bietet optimale weichmagnetische Eigenschaften für Elektromaschinenkerne—höherer spezifischer Widerstand und keine Magnetostriktion im Vergleich zu konventionellen 3%-Silizium-Güten. Die Sprödigkeit von Hochsilizium-Legierungen macht sie jedoch unmöglich mit konventionellen Walz- und Stanzmethoden zu verarbeiten. Gleichzeitig verlangt die Elektrofahrzeug-Revolution komplexe, leistungsstarke Motordesigns, die der konventionelle Blechpaketbau nicht effizient herstellen kann. Alternative Fertigungsmethoden werden benötigt, um dieses überlegene magnetische Material zu erschließen.

Die Lösung

Diese Forschung entwickelte einen vollständigen filamentbasierten Materialextrusionsprozess (MEX) für die Herstellung monolithischer Fe-6,5%Si-Teile. Ein maßgeschneidertes Filament mit Hochsilizium-Stahlpulver wurde speziell entwickelt, um die extrusionsbasierte Verarbeitung dieser Zusammensetzung zu ermöglichen, gefolgt von drucklosem Sintern zur Erzielung voller Dichte.

Impulsanregungsprüfungen charakterisierten die mechanischen Eigenschaften der gesinterten Teile, maßen den Elastizitätsmodul zur Verifizierung der Verdichtungsqualität und korrelierten Verarbeitungsparameter mit der strukturellen Integrität. Vierpunkt-Biegeversuche bestätigten eine Biegefestigkeit von 855 ± 96 MPa, während IET das zerstörungsfreie Screening zur effizienten Bewertung mehrerer Verarbeitungsvariationen ermöglichte.

Ergebnisse

Gesinterte Teile erreichten 96–99% relative Dichte mit bemerkenswerten magnetischen Leistungen—gestapelte Dünnringe zeigten geringere Kernverluste als kommerzielle NO20-Bleche bei 100 Hz, das erste Mal, dass Standardbleche von additiv gefertigtem Hochsiliziumstahl übertroffen wurden. Das Team demonstrierte die Vielseitigkeit durch Fertigung zweier vollständiger Statorkerndesigns und validierte die Technologiereife für komplexe Elektromotor-Anwendungen.