Un progetto di ricerca presso la tedesca Chemnitz è riuscito a stampare per la prima volta in 3D ogni componente importante di un motore elettrico, stampando contemporaneamente rame, ferro e ceramica. Dopo oltre due anni di lavoro, un team guidato dal Prof. Dr. Ralf Werner, della Chemnitz University of Technology, professore di sistemi di conversione dell’energia elettrica e azionamenti, presenterà la sua svolta alla fiera di Hannover di quest’anno.
Il primo passo importante in questo viaggio è stato il completamento di una bobina completamente stampata in 3D. La bobina è stata in grado di sopportare temperature superiori a 300 ° C ed è stata presentata per la prima volta l’anno scorso da due membri dello staff accademico di Werner, Johannes Rudolph e Fabian Lorenz. La bobina è costituita principalmente da conduttori elettrici in rame, che sono in grado di creare campi magnetici in combinazione con componenti in ferro o in lega di ferro. Un materiale ceramico è utilizzato per isolare i conduttori di rame l’uno dall’altro e dai componenti in ferro o in lega di ferro.
Invece dei materiali polimerici convenzionali utilizzati per l’isolamento in questo tipo di motore, il team ha adottato la fabbricazione della bobina utilizzando ceramiche stampate 3D più avanzate. Questi materiali avevano livelli molto più elevati di resistenza alla temperatura. “Il nostro obiettivo negli ultimi due anni e mezzo è stato quello di aumentare drasticamente la temperatura che le macchine elettriche sono in grado di sopportare”, ha affermato Werner.
Secondo Rudolph, “La temperatura di avvolgimento ammissibile massima di 220 ° C associata ai sistemi di isolamento convenzionali può essere superata di una quantità significativa. La temperatura di esercizio delle macchine elettriche è quindi limitata solo dalle proprietà ferromagnetiche dei componenti in ferro, che possono essere mantenute solo fino a 700 ° C. “Non solo le ceramiche stampate in 3D resistono meglio al calore, ma conducono anche il calore in modo più efficiente. Questa migliore capacità di dissipare la perdita di calore ha contribuito a un più alto livello di densità di uscita per il motore.
L’innovativo processo di stampa 3D del team prevede l’uso di paste, che vengono estruse come nella stampa FDM e successivamente successivamente sinterizzate insieme, come nelle tecniche SLS. Queste paste sono composte da materiali ceramici e materiali metallici come rame e ferro. Agenti leganti appositamente adattati sono usati per tenere insieme le paste viscose. La tecnica consente la stampa 3D simultanea di ceramiche e strutture metalliche. Questo approccio pionieristico potrebbe continuare ad avere una vasta gamma di potenziali applicazioni per la produzione di apparecchiature elettriche. Come riportato l’anno scorso, questo nuovo processo di stampa 3D è stato sviluppato in stretta collaborazione con la società tedesca ViscoTec, esperta in sistemi di produzione per il pompaggio di fluidi.
“Il motore stampato nel laboratorio dell’Università di Chemnitz rappresenta una svolta ed è allo stesso tempo la prova di principio – dimostra la fattibilità – della nostra tecnologia”, afferma Rudolph. Dopo il suo coinvolgimento nello sviluppo di questa pionieristica tecnica di produzione, ora si prepara a lanciare una start-up basata sulla ricerca, insieme a Lorenz. Per generare ulteriore interesse, il team presenterà il suo motore elettrico stampato in 3D e gli sviluppi della ricerca associati dal 23 al 27 aprile alla fiera Hannover Messe.
