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Additive Fertigung von Magneten für Elektromotoren mit Kaltgasspritzen

Forscher des National Research Council of Canada (NRC), einer staatlichen Organisation für wissenschaftliche und industrielle Forschung in Kanada, haben mit Kaltgasspritzen als 3D-Druckverfahren einen neuen Prozess zur Herstellung von Magneten für Elektromotoren entwickelt.

Derzeit werden hochleistungsfähige Dauermagneten, wie sie in Elektromotoren zum Einsatz kommen, traditionell mittels Pulverkompression und anschließendem Sintern oder im Spritzgussverfahren (kunststoffgebundene Magnete) hergestellt. Nach der Fertigstellung müssen dieses allerdings noch in ihre endgültige Form gebracht und zum Endprodukt zusammengefügt werden. Das vom NRC entwickelte Verfahren vereint all diese Schritte und könnte nicht nur zu signifikanten Kosteneinsparungen führen sondern auch endlose neue Designmöglichkeiten eröffnen.

Metall-3D-Druck mit Kaltgasspritzen

Beim Kaltgasspritzen handelt es sich ursprünglich um ein Beschichtungsverfahren, bei dem der Beschichtungswerkstoff in Pulverform mit hoher Geschwindigkeit auf das Trägermaterial aufgebracht wird. Durch die Kontrolle des Prozesses mit einem industriellen Roboter können präzise, schnelle Bewegungen dreidimensionale Objekte Schicht für Schicht herstellen. Im Gegensatz zu anderen Metall-3D-Druckverfahren ist die Additive Fertigung mittels Kaltgasspritzen ein Prozess mit besonders hoher Geschwindigkeit, wodurch Magneten mit mehreren Kilogramm innerhalb einer Stunde gefertigt werden können. Ein kommerzielle verfügbarer 3D-Drucker, der bereits mit dieser Technologie arbeitet, ist der LightSPEED 3D-Drucker vom Hersteller SPEE3D aus Australien.

Herkömmlichen Magneten überlegen

Neben den bereits genannten Vorteilen im Herstellungsverfahren verfügen die vom NRC hergestellten Magneten außerdem über hervorragende mechanische und thermische Eigenschaften. Durch die hohen Geschwindigkeiten bei der Ablagerung des Materials und durch den nicht notwendigen Kunststoff in der Materialmatrix verfügen die Magneten über mechanische Eigenschaften, die herkömmlichen Magneten weit überlegen sind. Da kein Zusammenbau einzelner Teile und damit auch kein Klebstoff notwendig ist, haftet das magnetische Material sehr gut an der Oberfläche von Teilen. Auch lassen sich die Magneten einfach maschinell bearbeiten, da sie weniger brüchig als gesinterte sind.

Jean-Michel Lamarre und Fabric Bernier

Weiters lassen sich mit dem Verfahren des NRC auch Magneten mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit fertigen, was zu einer verbesserten Temperaturkontrolle führt. Zudem sind sie korrosions- und oxidationsbeständig. Dies trägt wiederum zu einer höheren Lebensdauer bei.

Kompaktere und Leistungsfähigere Motoren

Prototypen der neuen Magneten wurden vom NRC bereits erfolgreich getestet. Derzeit ist man auf der Suche nach neuen Möglichkeiten um die Additive Fertigung mittels Kaltgasspritzen für ein verbessertes Motordesign einzusetzen. Weiters wird bereits an der Entwicklung von weichen magnetischen Materialien geforscht.

“Diese Technologie wird zukünftig die Herstellung von kompakteren, leistungsfähigeren Motoren ermöglichen und könnte den Weg zur Fertigung von kompletten Motoren mittels Kaltgasspritzen ebnen. Dabei ergeben sich signifikante Vorteile wie Kostenreduzierung, bessere thermische Magneten und komplexere Geometrien und Funktionalitäten,” erklärt Fabrice Bernie der zusammen mit seinem Kollegen Jean-Michel Lamarre das Verfahren entwickelt. hat.

Auch wenn sich der Forschungsarbeit vorerst auf Elektromotoren konzentriert, hat das Verfahren Potential für die Herstellung von Windkraftanlagen, Telekommunikationsvorrichtungen oder auch magnetische Kühlung.

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