연구원들은 전기 기계용 자기 코어를 3D 프린팅하는 새로운 방법을 개발했습니다.

탈린 공과대학교와 에스토니아 생명과학대학교의 연구원들은 연자성 코어를 생산하기 위해 3D 프린팅 기술을 사용하는 방법을 연구하고 있습니다.

자기 코어는 투자율이 높은 자성 재료 조각입니다. 전자석, 변압기, 전기 모터, 발전기, 인덕터 및 기타 자기 조립품을 포함한 다양한 전기 시스템 및 기계에서 자기장을 유도하고 지시하는 데 일반적으로 사용됩니다.

지금까지 연자성 코어의 3D 프린팅은 코어 효율성 유지의 어려움으로 인해 주요 과제였습니다. 연구팀은 이제 연자성 복합재에 우수한 자기 특성을 생성할 수 있다고 주장하는 포괄적인 레이저 기반 적층 제조 작업 흐름을 제안했습니다.

3D 프린팅 전자기 재료

전자기적 특성을 지닌 금속의 적층 가공은 새로운 연구 분야입니다. 전기 기계 연구 커뮤니티는 이제 자체 3D 프린팅 구성 요소를 개발하고 시스템에 통합하기 시작했으며 설계의 자유가 혁신의 큰 이점이라고 언급했습니다.

예를 들어, 자기적 및 전기적 특성을 지닌 기능적 복합 부품을 3D 프린팅하면 모터, 액추에이터, 전기 회로 및 기어박스가 내장된 맞춤형 기계를 위한 길을 열 수 있습니다. 이러한 기계는 조립, 후처리 및 재료 낭비를 최소화하면서 디지털 제조 시설에서 생산할 수 있으며 많은 이동 구성 요소를 3D 프린팅할 수 있습니다.

불행하게도 복잡한 전기 기계의 큰 부분을 3D 프린팅하는 것은 여러 요인으로 인해 여전히 현실이 아닙니다. 이러한 장치에는 다중 재료 어셈블리에 대한 필요성은 물론 향상된 전력 밀도를 위한 작은 공극과 같은 까다로운 요구 사항이 있는 경우가 많습니다.

따라서 지금까지의 연구는 주로 3D 프린팅된 연자성 회전자, 구리 코일 및 알루미나 열 가이드와 같은 보다 '기본적인' 부품에 중점을 두었습니다. 연자성 코어도 상당한 관심을 받고 있지만 3D 프린팅 공정에서 코어 손실을 최소화하는 것은 아직 넘어야 할 장애물입니다.

최적화된 3D 프린팅 워크플로우

자기 코어에 최적화된 3D 프린팅 작업 흐름을 보여주기 위해 연구원들은 레이저 출력, 스캐닝 속도, 해치 간격 및 레이어 두께를 포함하여 응용 분야에 가장 적합한 프로세스 매개 변수를 결정했습니다.

또한 팀은 최소 DC 손실, 준정적, 히스테리시스 손실 및 최고의 투자율을 달성하기 위해 어닐링 매개변수의 영향을 조사했습니다. 최적 어닐링 온도는 1200°C로 결정되었으며, 최고 상대밀도는 99.86%, 최저 표면조도는 0.041mm, 최소 이력 손실은 0.8W/kg, 최대 항복강도는 420MPa를 나타냈습니다.

궁극적으로 에스토니아 연구원들은 레이저 기반 금속 적층 제조가 전기 기계 응용 분야를 위한 자기 코어 재료를 3D 프린팅하는 실행 가능한 방법임을 보여주었습니다.

향후 작업이 진행되는 한, 팀은 부품의 미세 구조를 특성화하여 입자 크기와 입자 방향은 물론 투자율과 강도에 미치는 영향에 대한 통찰력을 얻을 계획입니다. 연구원들은 또한 성능 향상을 위해 3D 인쇄 코어의 형상을 최적화하는 방법을 추가로 조사할 것입니다.

연구에 대한 자세한 내용은 '전기 기계 응용을 위한 레이저 적층 제조 자기 코어 설계 및 프로세스'라는 제목의 논문에서 확인할 수 있습니다.

3D 프린팅과 자력의 결합은 전기 기계뿐만 아니라 다양한 새로운 응용 분야를 가능하게 합니다. 올해 초 케임브리지 대학교 캐번디시 연구소(Cavendish Laboratory)가 이끄는 국제 과학자 팀은 3D 프린팅을 사용하여 미세한 나노자석 세트를 개발했습니다. 맞춤형 3D 프린팅 프로세스를 사용하여 제작된 나노자석은 DNA에서 영감을 받은 이중 나선 모양이며 입자 트래핑, 이미징 기술 및 스마트 재료와 같은 영역에서 가능성을 보여줍니다.