Multi-material additieve productie voor elektrische machines met betere prestaties

Wetenschappelijke doelen
Het hoofddoel van het project is om de vermogensdichtheid van elektrische machines met 40% te verhogen en hun efficiëntie met 5% -punt te verhogen door de ontwikkeling van multi-material additive manufacturing (MM-AM). AM4EM zal zich in het bijzonder richten op het combineren van twee materialen tijdens het printen: elektrisch / magnetisch geleidend en een isolator. Het project zal de technologie verplaatsen van TRL2 naar TRL4. AM4EM definieerde verschillende subobjectieven:

1. Ontwikkelen, produceren en valideren van innovatieve onderdelen voor elektrische machines die gebruikmaken van MM-AM, van twee typen:
een. Nieuwe wikkelgeometrieën voor elektrische machines op basis van Cu als geleidend materiaal en keramiek als elektrisch isolatiemateriaal. De onderdelen moeten bestand zijn tegen temperaturen> 180 ° C en het keramiek moet voldoende warmtegeleidingsvermogen hebben. Ten slotte moeten de afzonderlijke draden elektrisch geïsoleerd zijn en bestand zijn tegen spanningspieken.
b. Innovatieve stator en rotorkern op basis van Fe-Si of ander magnetisch materiaal (bijv.Fe-Co), bestaande uit platen die zijn geïsoleerd door een dunne keramische isolator. Sommige concepten introduceren fluxbarrières in het vlak van de plaat en / of veranderingen in de laminatiedikte. De dikte van de plaatlaminering moet minder zijn dan 0,5 mm en de isolatie minder dan 0,1 mm.

2. MM-AM-processen en (aangepaste) hardware ontwikkelen voor hoogwaardige elektrisch geleidende metalen, magnetisch geleidende metalen en keramische isolatoren en hun combinaties, gebaseerd op 3D micro-extrusie van met poeder gevulde pasta en filamenten met een deeltjesbelasting van ten minste 80 gew.%, en daaropvolgende verdichting door poedermetallurgische verwerking. De beoogde doelen zijn: a. Elektrisch geleidend materiaal, bij voorkeur pure Cu met dichtheid> 95% en elektrische geleidbaarheid van minimaal 80% IACS b. Zacht magnetisch materiaal (bijv. Elektrisch Fe-Si-staal of Fe-Co) met dichtheid> 95%, magnetische permeabiliteit en verliezen zo dicht mogelijk bij conventionele laminaties van Fe-Si of Fe-Co.
c. Elektrisch / magnetisch isolerend keramiek (bijvoorbeeld geëmailleerd porselein) met een warmtegeleidingsvermogen van ten minste 3 W / mK en een thermische uitzettingscoëfficiënt die overeenkomt met die van de metalen. De viscositeit van het keramiek moet plastic stroming mogelijk maken tijdens het sinteren zonder het verdichtende metaal te infiltreren.
d. Goede hechting metaalkeramiek, het bereiken van de relevante dimensies en dat geen scheuren / gebreken die de sterkte en isolerende eigenschappen gevaar (maximaal toegestane defectomvang van 0,10 mm)

3. Ontwikkel een 'gereedschapsketting' om AM-onderdelen van elektrische machines met nauwkeurige geometrie en vereiste elektromagnetische functionaliteit te verkrijgen:
een. EM-onderdelen ontwerpen die AM-robuust zijn, gebaseerd op het begrijpen van de mogelijkheden en beperkingen van MM-AM voor EM: verkrijg een nauwkeurige geometrie door het AM-proces te beheersen (inclusief krimp), en realiseer de elektromagnetische functionaliteit (zoals isolatie tussen lagen)
b. Het bestuderen van de technisch-economische haalbaarheid van toekomstige EM-concepten die gebruik maken van AM incl. het potentieel voor volledig AM gedrukte elektrische machines en incl. een demonstratiestrip van MM-AM met alle drie de materialen bij elkaar. Om deze uitdagende doelstellingen te bereiken, wordt een multidisciplinair projectconsortium opgericht, met onder meer onderzoekers en innovatiemanagers van de UGent, KU Leuven en VITO.