Ein Team von Forschern aus Belgien arbeiten im Rahmen des Projekts „Additive Manufacturing for Electrial Machines“ (AM4EM) am Einsatz von 3D-Druck für die Herstellung von Elektromotoren. Am Ende des Projekts wollen die Projektteilnehmer eine Leistungsdichtesteigerung von 40 % für die Elektromotoren mit Hilfe der 3D-gedruckten Komponenten erreichen.

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Ein Konsortium bestehend aus der Ghent University, der KU Leuven und der Forschungsorganisation VITO arbeiten im Rahmen des Projekts Additive Manufacturing for Electrical Machines (AM4EM) an der Entwicklung energieeffizienter Elektromotoren. Elektromotoren können nicht nur in Autos, sondern auch in Fahrrädern, Industrieanlagen und in anderen alltäglichen Bereichen ihren Einsatz finden.

Die Projektgruppe setzt sich speziell mit dem 3D-Druck von Statoren und Rotorkernen auseinander. Der Stator enthält bei Elektromotoren normalerweise Magnete und der Rotor Wicklungen, die Strom führen. Zwischen den beiden befindet sich ein Luftspalt. Ein Lager lässt den Rotor im Inneren des Stators reibungslos drehen. Die Wicklungen sind in verschiedene Richtungen gewickelt und der Strom wird hindurch geleitet. Dadurch, dass die Magnete in verschiedene Richtungen Kräfte auf diese Wicklungen ausüben, entsteht ein Drehmoment, das den Rotor zum Drehen bringt.

Multi-Material-3D-Druck für Elektromotoren

Die Forscher aus Belgien versuchen, den Multi-Material-3D-Druck auf die Herstellung der Motoren anzuwenden, mit dem sie verschiedene Materialien abscheiden, mischen und verschiedene Konfigurationen dieser Materialien oder Schichten mit verschiedenen Materialien darin erstellen können. So sollen effizientere Motoren entstehen, die die wirkenden Magnetfelder oder Kräfte auf bisher nicht mögliche Weise optimieren.

additiv hergestellte Elektromotorkomponente
Durch additive Fertigung von Elektromotorkomponenten wie dieser sind Performance-Steigerungen von bis zu 45% möglich, wie Additive Drives in diesem Beitrag erklärt (Bild © Additive Drives GmbH).

Die Forschungsorganisation VITO hat einen Weg gefunden, mit einer reinen Kupferpaste zu drucken und brachte damit 3D-gedruckte Teile ohne Druckfehler, einer relativen Dichte von 95 – 99 % und einer elektrischen Leitfähigkeit von 90 – 102 % IACS hervor, heißt es auf der Projekt-Website von AM4EM. Auch ein Fe-Si-Druck ist ihnen gelungen. Nun will VITO Teile für den Kern drucken, wo Keramik in einer Schicht gedruckt wird, gefolgt von einer Fe-Si-Schicht.

Die KU Leuven konzentriert sich auf den FDM-3D-Druck für Metalle und Keramik und versuchen dabei Materialien in einem Druckvorgang zu mischen.

Die Ghent University optimiert die Konstruktion der Motoren, um den magnetischen Fluss zu verbessern. Die Energieeffizienz der Motoren soll mit der Arbeit aller drei Einrichtungen um 5 % gesteigert werden. Am Ende des Projekts soll eine Leistungsdichtesteigerung von 40 % erreicht werden.

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