Projekt:

Využití metalického 3D tisku pro magneticky aktivní komponenty elektrických strojů

Registrační číslo projektu:LUASK22053

Období realizace projektu:01.07. 2022 – 30.06. 2025

Řešitel projektu za TUL:Ing. Jiří Šafka, Ph.D.

Průmyslová sféra dnešní doby je charakterizována zaváděním progresivních inovací, zcela nových technologií výroby a hlavně obrovskou měrou optimalizací a to ať už funkčních, technologických, ekonomických a dalších. Výjimkou není ani materiálový výzkum. V oblasti magneticky měkkých materiálů probíhá neustálý vývoj. Výrobci každoročně představují nové materiály s lepšími vlastnostmi. Jde především o snižování ztrát a zvyšování permeability. Dosahované parametry jsou závislé jednak na neovlivnitelných fyzikálních vlastnostech, např. kvantových vlastnostech atomů, meziatomárních silách určujích vzájemné vazby atomů, a také na parametrech ovlivnitelných složením a technologií zpracování, jako je metalografická struktura látky. U magneticky měkkých materiálu se vyvíjí jednak legury a konvenční technologie výroby neorientovaného a magneticky orientovaného pásu se strukturou krystalografických rovin snadného magnetování orientovanou do jednoho směru (GOSS) a její modifikace laserovým trimováním magnetických domén. Rozmach nabývá využití amorfních kovových skel a nanokristalických materiálů dosahujících vysokých hodnot permeability, velmi nízké koercitivní síly a malé elektrické vodivosti. Díky tomu vynikají malými ztrátami. V poslední době je také znám rostoucí trend kompozitní materiálů s plastovou matricí zpracovávané technologií extruze nebo vstřikováním. V neposlední řadě jde o zpracování aditivními technologiemi na které se zaměřuje tento projekt. Technologie Selective laser melting (SLM) vyniká v oblasti tvorby tvarově složitých kovových dílů s vnitřní definovanou strukturou, které se obtížně zhotovují konvenčními postupy. V každé vrstvě modelu je kovový prášek o předepsané zrnitosti rozprostřen ve stavebním prostoru a pomocí laseru selektivně roztaven. Tímto dochází ke spojení aktuální a předchozí tisknuté vrstvy a k postupné tvorbě celkového modelu. Velkou výhodou této technologie je, že umožňuje tvorbu libovolných komplexních struktur. Při zpracování nevzniká odpad (jen v podobně nutných podpůrných struktur), SLM technologie je tedy výhodná pro zpracování drahých materiálů a minimalizuje ekologické dopady výroby. Vysoké teplotní gradienty vznikající při laserovém tavení ovlivňují strukturu výsledného materiálu. Vnášejí do něj vnitřní pnutí a zvyšují energie potřebné na posuny doménových stěn. Důsledkem je zhoršení magnetických vlastností. Důležitou roli přitom hraje následné tepelné zpracování - žíhání, které toto vnitřní pnutí minimalizuje či až eliminuje. Předkládaný projekt je zacílen na zmapování využití technologie 3D tisku magneticky aktivních komponent elektrických motorů a aktuátorů. Základem je výzkum dopadu technologických parametrů 3D tisku u SLM technologie na magnetické vlastnosti takto zpracovávaného materiálu. V návaznosti budou prováděny optimalizace návrhu elektrického motoru za účelem maximalizace profitu a potlačení nežádoucích vlastností dílů vyrobených technologií SLM. Změněné vlastnosti aktivního materiálu motoru vyžadují úpravy konstrukce motoru tak, aby bylo dosaženo optimální účinnosti, minimalizace hmotnosti a ekonomické efektivity výroby. Výsledky výzkumu budou ověřeny výrobou funkčních vzorků motorů a jejich srovnáním s konvečními motory. V této finální fázi budou prováděny optimalizace řízení frekvenčního měniče použitého k napájení nového motoru. Úpravy řídicích algoritmů budou opět sledovat zvýšení účinnosti a dynamiky pohonu s ohledem na odlišnosti od motorů vyrobených konvenční technologií. Předkládaný výzkumný projekt systematicky pokrývá celý výrobní proces od použitého materiálu, technologie výroby magnetických komponent, konstrukce motoru až po jeho vlastní řízení.

Hlavní partneři

Skupina UJV
Škoda Auto
AWAL
Elmarco
Česká Zbrojovka
Fakultní nemocnice Motol
Preciosa
Atrea
Innogy
Auren