Využití metalického 3D tisku pro magneticky aktivní komponenty elektrických strojů

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.