帕德博恩大學的直接製造研究中心 (DMRC) 在電機轉子的增材製造研究取得了進展，通過設計空心軸、優化與磁通量相關的直徑、填充輕量化結構來降低重量和質量慣性。 結果令人印象深刻：不帶定子的外殼總重量減少了 45%，而轉子的重量減少了 33%，慣性減少了 13%。
3D列印電機
DMRC
根據3D科學谷，AM增材製造將在電機的設計中引入了全新的設計規則，因為增材製造的成本與批量大小以及產品設計的複雜性並不相關。這意味著電機的電磁和熱優化有更多機會：因為磁通路徑和導體可以根據設計要求進行三維形狀，並且設計中集成了更有效的無源或有源熱交換器或冷卻結構。
電機的應用市場
3D科學谷白皮書
/ 開啟眾多優勢與機遇
帕德博恩大學直接製造研究中心 (DMRC) 旨在將增材工藝鏈建立為穩健的工業生產工藝，將增材製造工業化。從增材製造原材料的生產到生產和應用，整個增材價值鏈涵蓋了各種規模的應用。
近年來，3D列印-增材製造為工業生產帶來了眾多優勢和機遇。3D列印-增材製造在電動機的研發中有助於顯著提高性能、效率和可靠性。
具有高功率密度的電機越來越多地用於工業和移動應用。然而，與此同時，它們需要高效的冷卻系統來維持其穩定性。增材製造允許生產傳統製造方法無法實現的複雜幾何形狀和結構，因此，可以製造具有更高性能的電機組件，尤其是在優化磁通量管理和散熱方面。增材製造還有助於生產輕型結構和減輕重量，這在汽車行業和其他旨在提高能效的應用中尤為重要。此外，還3D列印可以加工傳統方法無法加工的高性能軟磁材料。
帕德博恩大學直接製造研究中心 (DMRC) 在電動機方面的研究主題包括新材料的開發、三維磁通引導、組件中輕量化結構的集成、創新電機外殼冷卻系統的開發以及集成在電機中以冷卻轉子和永磁體的空氣循環概念等主題。目前這些研究項目的各項進展令人鼓舞，顯示了增材製造在電機生產中的巨大潛力。
聚焦革命性技術：增材製造的PMSM永磁同步電動機轉子軸具有創新的輕量化和冷卻結構。
DMRC
作為 AiF 項目 (FVA 882 I (IGF No. 20316 N)) 的一部分，DMRC的研究目標是通過增材製造使轉子和永磁同步電機 (PMSM) 外殼中的創新輕型和冷卻結構成為可能。目的是利用增材製造的優勢來提高傳統電機的性能和效率，這是未來電動汽車的創新解決方案。
/ 優化冷卻
傳統的蝸殼水冷被由正弦曲線重疊的獨立通道組成的結構所取代。通過切換到圓周流，可以實現 75% 的壓力損失減少。功能模型的繞組溫度比相同電流的參考電機低，轉子中使用自生空氣循環來冷卻永磁體，並使用改進形式的對角風扇產生體積流量。轉子中被加熱的空氣被外殼端面上的水冷定子葉片冷卻並返回到轉子。
為了減輕重量，在外殼的端罩中使用了蜂窩結構，這可以在保持端罩剛性結構的同時顯著節省材料。通過使用最小的壁厚與冷卻結構相結合，還可以在整個圓周上產生一種夾層結構，既可以作為輕型結構，也可以作為冷卻結構。
聚焦革命性技術：增材製造的PMSM永磁同步電動機轉子軸具有創新的輕量化和冷卻結構。
DMRC
/ 顯著減輕重量
在設計冷卻和輕量化結構時，DMRC注意確保它們不會對發動機性能產生任何負面影響。材料的選擇和磁體之間冷卻通道的形狀都經過仔細確定，轉子的磁性相關內半徑設計也是如此仔細推敲。
增材製造工藝在減少電機外殼和轉子的重量以及集成創新的冷卻概念以進一步優化功率密度方面具有優勢。與傳統生產相比，還可以使用新材料實現進一步優化。根據3D科學谷《電機的增材製造 l 3D列印+拓撲優化=下一代電機》一文，隨著增材製造 (AM) 技術日趨成熟。儘管目前與傳統生產方法相比速度較慢且可靠性較低，但增材製造系統在生產具有非常規拓撲優化（TO-Topology Optimization) 結構或小批量的零件時會大放異彩，這為電機的製造開闢了另外一條曲徑通幽之路。預測在未來幾年內原型拓撲優化電機組件的3D列印將急劇增加，最有可能集中在3D印表機器繞組、熱交換器和同步轉子上。
3D科學谷白皮書
DMRC取得的成果為進一步優化奠定了堅實的基礎，以便在中期建立增材製造電機在工業化量產中的應用。隨形冷卻轉子的設計與製造（包括將過程監控數據傳輸到雲端計算）等未來發展將推動電動機部件製造取得重大進展。
總的來說，增材製造工藝將在不久的將來在電機部件的製造中發揮重要作用。
知之既深，行之則遠。基於全球範圍內精湛的製造業專家智囊網絡，3D科學谷為業界提供全球視角的增材與智能製造深度觀察。有關增材製造領域的更多分析，請關注3D科學谷發布的白皮書系列。