1.3d打印與增材制造的區(qū)別

電機的設計是一個多維的復雜的過程，應該同時考慮電磁、熱、機械、電的問題3D打印與增材制造的引入可以逐步為此類復雜性打開設計空間 本推文的目的是研究3D打印與增材制造在電機領域的作用研究的重點有兩個方面：。

2.3d打印增材制造技術的基本原理

1走過咖啡屋吉他譜）研究增材制造方法可以取代傳統(tǒng)方法的訣竅；2）探討增材制造在構建電機方面可能帶來的變化和效果這篇文章的結構安排如下：首先討論了增材制造鐵芯的方法進而研究了增材制造的電線/線圈/繞組及其絕緣的可行性討論了如何通過增材制造計算在構建永磁機并使其磁化的新技術。

3.3d打印又名增材制造技術

同時講述了由增材制造實現(xiàn)的先進熱管理設計最后是本文的結論由于本次探討的東西比較廣泛，本次分上下兩個部分和大家一起探討面向增材制造的電機機遇與挑戰(zhàn) 增材制造是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統(tǒng)的材料去除－切削加工技術，是一種“自下而上”的制造方法。

4.3d打印技術又叫做增材制造技術,簡稱

近二十年來，3走過咖啡屋吉他譜D打印與增材制造技術取得了快速的發(fā)展，“快速原型制造（Rapid Prototyping）”、“三維打印(3D Printing )”、“實體自由制造(Solid Free-form Fabrication) ”之類各異的叫法分別從不同側面表達了這一技術的特點。

5.簡要闡述增材制造-3d打印對經(jīng)濟的促進作用?

以激光束、電子束、等離子或離子束為熱源，加熱材料使之結合、直接制造零件的方法，稱為高能束流快速制造，是增材制造領域的重要分支，在工業(yè)領域最為常見在航空航天工業(yè)的增材制造技術領域，金屬、非金屬或金屬基復合材料的高能束流快速制造是當前發(fā)展最快的研究方向。

6.增材材料3d打印

如3D打印可以實現(xiàn)打走過咖啡屋吉他譜印用戶所設定的期望性能的多材料這就意味著，可以通過單一部件，實現(xiàn)硬度、耐蝕性和環(huán)境適應性等在最需要呈現(xiàn)這一性能的區(qū)域呈現(xiàn)出來這一工藝可以使得采用制造的多功能部件采用傳統(tǒng)工藝不可能制造出來，也不可能采用單一材料制造出來。

7.3d打印技術中典型的材料增材制造形式

隨著人們對電氣化的興趣越來越大，并且混合動力和純電動動力系統(tǒng)被更多的應用，電機設計面臨著更苛刻性能指標的挑戰(zhàn)，例如，高功率密度的要求和惡劣的環(huán)境考核因素這為探索先進材料對電機性能的影響提供了明確的動力。

8.增材制造與3d打印機

本文概述了可用于構造電機的增材制造方法（“AM”），特別關注增材制造的鐵芯、繞組、絕緣和永磁體，以及冷卻系統(tǒng)本文對多走過咖啡屋吉他譜種多材料增材制造方法進行了詳細的比較，展示了完全通過增材制造技術構建電機的可能性，而且還展示了其機械、電磁和熱性能的潛在重大改進。

9.增材制造與3d打印技術發(fā)展前景

關鍵字—增材制造（AM），電機，永磁體電機，熱管理，三維（3-D）打印何謂“增材制造（AM）增材制造（AM）是指通過沉積材料將三維（3-D）部件層層堆積起來，由于它能夠制造出用傳統(tǒng)方法很難或不可能制造的復雜零件，因此在更多應用領域獲得采用。

10.3d打印和增材制造的區(qū)別

增材制造方法的主要類別包括以下三種：

圖 1 增材制造制造方法1）熔絲制造（FFF）/熔融沉積建模（FDM）：使用熱塑材料的擠壓方法2）立體光刻（SLA）：使用液體的光走過咖啡屋吉他譜聚合方法3）選擇性激光燒結/熔融（SLS / SLM）：使用金屬粉末的粉末床熔融方法。

增材制造 盡管由于制造率低（0.01-1公斤/小時）和成本高（0.1-10美元/克），目前增材制造技術只用于小批量生產(chǎn)，但可以預見，基于其在材料供應和工藝質(zhì)量方面的快速增長，其應用的深度和范圍將成倍擴大。

在過去的幾年里，增材制造技術領域在以下兩個方面取得了很大的進展材料a）增加可以用增材制造的材料數(shù)量；b）復雜的結構可以用多種材料疊加制造，以減輕其重量；c）材料性能的可控性。

圖 2 多材料打印示意圖及實物圖工藝流程a）除三種主要方法以外（擠出，光聚合和動力床熔融），研發(fā)了新型的制造技術；b）每種方法的層厚更薄走過咖啡屋吉他譜且分辨率更高 表1對上述三種AM方法進行了簡要比較FFF/FDM和SLA可用于構建絕緣組件，而SLS/SLM通常用于制造導電零件。

3-D打印機的價格從FFF/FDM、SLA到SLS/SLM不斷攀升，而最大構建面積卻在下降在這三種方法中，SLA的準確性和生產(chǎn)率最高應該注意的是，價格和準確性隨著AM技術的發(fā)展而不斷變化

表1 AM三種主要方法的特征電機增材制造技術靜電機 由塑料（定子，轉子）和鎳（鏍絲銷）制成的靜電機中，用了光刻（SLA）3-D打印、鑄造和注塑成型技術與傳統(tǒng)制造相比，SLA成功地解決了定子和轉子的幾何復雜性，從而降低了制造過程中所需要的成本和時間。

為了降低成本和重量，僅選擇在表面鍍鎳走過咖啡屋吉他譜但是，這種充液式靜電機只適用于低速直驅應用在制造主流電磁旋轉機中，AM的潛力還沒有得到最大限度的發(fā)揮非常規(guī)電機中的AM組件 非常規(guī)電機是指結構異常復雜的電機，如磁通調(diào)制機、橫向磁通機和爪極機。

這些機器要么具有復雜的機械結構，要么具有復雜的磁通路徑例如，通過3-D打?。⊿LM）構建了帶有腔的鐵磁通量調(diào)制環(huán)，可以降低鐵損還要報道指出，通過3-D打?。‵FF/FAM）塑料定子箱，可用于固定兩相橫向磁通機的定子U型芯。

對于常規(guī)的電機，即徑向磁通的電機，已經(jīng)討論了AM技術可以制造電機的不同組件，包括轉子鐵芯、定子鐵芯、銅繞組此外，也有文章討論了更多用于電動飛機（MEA）上的AM電機，主要包括以下內(nèi)容：1走過咖啡屋吉他譜）軟磁材料的可用性和性能，如Co-Fe和6.5%Si鋼。

2）AM開辟了拓撲優(yōu)化的設計空間，制造限制少因此，可以實現(xiàn)更高的電機性能3）其他潛在的好處包括連續(xù)的斜槽轉子，非常規(guī)的磁通屏障設計，磁特性的控制4）轉子鐵芯：通過數(shù)值建模，研究了通過激光束熔化（LBM；層厚度：100μm；材料：M15鋼）制成的內(nèi)置式的永磁同步機，轉子鐵芯的機械性能和可靠性都會強于一般的永磁電機。

在制造同步磁阻機的多層轉子鐵芯時，AM也顯示出其價值一方面，AM可以同時制造轉子的磁性和非磁性部件，以提高機械強度另一方面，還可以支持復雜形狀腔體的制造，從而在幾乎沒有制造約束的情況下實現(xiàn)真正的幾何優(yōu)化。

有論文已經(jīng)報道了在SLM（走過咖啡屋吉他譜機器型號：SLM125HL）中采用Fe-Co粉末（<63μm）用上述材料和方法制造了一種優(yōu)化的具有復雜腔體的磁阻機（6S/4P）轉子，如圖1所示，飽和磁感應強度可達到2.3T。

芬蘭VTT技術研究中心研制的基于SLM的復雜腔體和高飽和磁通密度的開關磁阻電機Fe-Co轉子銅繞組 還有報道討論了三維絲網(wǎng)印刷在開拓機械設計制造設計空間的可能性并提到可以獲得更高的可達到的扭矩密度、更高的工作溫度、更高的效率、更小且更專用的電機設計。

重點放在繞組設計上，主要觀點包括3點：1）三相永磁機的絲網(wǎng)印刷氣隙繞組；2）耐溫材料，如陶瓷（粉末狀）取代普通漆膜（搪瓷、合成樹脂、蠟紙、聚合物等），以達到更高的工作溫度；3走過咖啡屋吉他譜）導線橫截面的靈活性，可產(chǎn)生更高的槽填充系數(shù)以及更好的熱性能（散熱率高達200 W/mk）。

聯(lián)合技術研究中心還推動了增材制造技術在大功率汽車牽引感應機的設計和制造中的應用并進行了熱分析和應力分析，以證明增材制造技術（強制風冷時為8 A/mm2；液體冷卻時為> 20 A/mm2）對熱性能的改善此外，還研究了定制化的端部繞組幾何形狀，以減少端部繞組長度（減少50%）、體積和質(zhì)量。

同樣，增材制造技術是實現(xiàn)此改進的關鍵技術另外，電動機的效率的提升重點就是銅繞組德國公司Additive Drives處于這項創(chuàng)新的最前沿在一個從事了十多年增材制造和電動機開發(fā)的工程師和科學家團隊的帶領下，Additive 走過咖啡屋吉他譜Drives將交通與汽車、工業(yè)和賽車領域的市場經(jīng)驗與專業(yè)知識相結合。

提出了比較先進的解決方案

其中之一涉及到與弗萊堡大學的Racetech Racing Team eV合作在這種情況下（如上圖左所示），在賽車發(fā)動機上使用了3D打印的單個線圈來獲得最大的銅填充系數(shù)，這要歸功于幾何形狀完美匹配的線圈。

此處，從繞組到?jīng)_片鐵芯的強制熱傳遞可防止熱點形成，因為可變的導體厚度可減小電流位移，從而獲得最佳性能在另一個項目中（如上圖右顯示），銅制3D打印發(fā)夾式繞組將一臺電力牽引電動機原型的開發(fā)和生產(chǎn)所需時間減少到一個月。

發(fā)夾式繞組是電動機領域中的一項新技術扁線銅棒代替了繞制銅線該過程比傳統(tǒng)的繞線電機更易于自動化走過咖啡屋吉他譜，并且在汽車領域特別受歡迎，因為它可以大大縮短制造時間得益于極快的原型實現(xiàn)，Additive Drives可以將測量結果實時反饋到仿真中，從而確保了所需的操作性能并提高了質(zhì)量保證。

幾何設計和材料參數(shù)與傳統(tǒng)制造是一致的，這為有意義的原型設計甚至未來的直接生產(chǎn)創(chuàng)造了條件Additive Drives通過模塊化驅動系統(tǒng)，為電動自行車制造商Binova實現(xiàn)了直接批量生產(chǎn)Additive Drives使用3D打印的單個線圈（如下圖所示）幫助Binova生產(chǎn)具有非常規(guī)電動機設計的電動自行車。

為了實現(xiàn)產(chǎn)品個性化，批量達到1的電機通過調(diào)整匝數(shù)引入了完美的協(xié)調(diào)轉矩行為這反過來又促進了不同類型的電動自行車的發(fā)展：走過咖啡屋吉他譜電動腳踏車、載貨自行車、手動自行車，具有最大的靈活性，并且無需進行工具的調(diào)整

鐵芯 如今，非晶粒硅鋼沖片廣泛用于制造電機的鐵芯，相比之下，增材制造的鐵芯的潛在優(yōu)點包括以下方面：1）AM允許混合不同類型的金屬粉末，這有助于以簡單的方式制造合金，如Co-Fe2）鐵芯可以由塑料和鐵磁材料制成，這樣可以大大降低成本/重量。

3）復雜的鐵芯結構/設計可以通過增材制造技術實現(xiàn)，例如，連續(xù)斜槽，復雜的磁通路徑和復雜的冷卻通道4）可以有目的地控制材料微結構，引入所需的磁化方向片材層壓3-D打印 可以采用以疊層物體制造（LOM）為基礎的片材層壓3-D打印來構建疊層鐵芯。

根據(jù)LOM的開創(chuàng)者Helisys公司介紹，紙、走過咖啡屋吉他譜銅、鋼板都可以用來進行打印 圖2顯示了片材層壓3-D打印的一些基本原理，主要的加工步驟如下：1）將片狀材料放置在切割床上并固定好2）使用熱粘合涂層，通過施加壓力和熱量來粘合材料，該涂層可以在各層之間提供絕緣。

3）通過二氧化碳激光從薄板上切下每一層所需的形狀。

圖2 片材層壓3D打印 LOM的優(yōu)點是成本低，不需要后處理和支撐結構，在加工過程中不會發(fā)生變形或相變，并且可以制造大型零件在構建電機鐵芯方面，片材層壓3-D打印的關注點包括以下幾點：1）在材料利用率方面，3-D打印工藝等同于冷軋硅鋼板的常規(guī)加工。

2）沒有規(guī)定最小的膠粘劑厚度，這對減少鐵損以及堆積系數(shù)控制很重要3）目前，受到銅和可用不銹鋼類型走過咖啡屋吉他譜的限制，給電機設計的選擇也帶來了局限軟磁復合材料有人提出了軟磁復合材料（SMC）及相應的金屬粉末加工，可用于構建結構復雜、具有三維磁通路徑的電機鐵芯。

與傳統(tǒng)的硅鋼片及相應的沖孔、堆焊、鉚接、焊接等工藝相比，基于SMC的鐵芯的魅力在于：1）降低了三維磁化方向上的渦流損耗，因為它的磁力各向同性的特性以及鐵顆粒的涂層，這是各種電機拓撲結構所需要的，如橫向磁通機、爪極永磁機和軸向磁通機等。

2）由于非常高的比電阻率，在高于500Hz電頻率下，可獲得更低的鐵芯損耗3）利用成熟的粉末金屬加工技術，可以制造出結構復雜的網(wǎng)狀低成本零件4）采用壓制、固化等材料加工方式，不會因制造工藝而導致磁性能/機械性能下降。

雖走過咖啡屋吉他譜然SMC的機械強度和磁導率低于層壓硅鋼片，但經(jīng)過多年的努力研發(fā)，基于SMC的制造和應用有了飛躍性的發(fā)展。

圖3 Hoganas生產(chǎn)的帶有SMC鐵芯的軸向磁通永磁機 Hoganas公司開發(fā)了一系列電磁應用的SMC材料在600-800MPa下，熱處理溫度為650°C時，抗張強度/屈服強度可達到15-25MPa圖3是Hoganas生產(chǎn)的帶有SMC鐵芯的軸向磁通永磁機。

另外，人們一直在努力改善SMC的磁性能，特別是飽和磁化強度和磁導率實心鐵心如果渦流損耗較低或著轉子的機械完整性很重要（尤其是在一些高速SPM轉子中），那么可以通過LBM逐層建立實心鐵芯，允許混合使用不同類型的金屬粉末，如鈷鐵（Co-Fe，走過咖啡屋吉他譜高飽和磁化）和鎳鐵（Ni-Fe，低鐵損）。

像其他AM零件一樣，與傳統(tǒng)的硅鋼沖片相比，具有重量輕、結構復雜等優(yōu)勢 然而，由于各層之間的粘結性是基于先前各層的重熔，所以成品合金在微觀上是不對稱且不均勻的當在鐵芯上施加剪切應力時，這涉及鐵芯的機械強度和可靠性。

采用簡化的三維有限元分析方法，研究了增材制造轉子鐵芯的不均勻性和異質(zhì)性的影響研究表明，隨著角速度的增加，與疊層芯材相比，粘結界面更容易受到損傷 除機械性能外，與傳統(tǒng)材料相比，可以潛在地改善增材制造材料的磁性能。

有研究表明，通過SLM工藝可以在各向異性不銹鋼中創(chuàng)造出晶體結構可以通過激光器的功率和掃描路徑有目的地控制晶體結構使用SLM制造出完全致密走過咖啡屋吉他譜的晶粒取向高硅鋼形狀研究發(fā)現(xiàn)，通過增加激光束的能量，沿著構建方向的纖維組織可以改變?yōu)榱⒎襟w組織。

此外，還探索了退火，以進一步改善微觀結構和磁性能越來越多的證據(jù)和對這一領域的理解正在導致基于LBM的鐵芯的廣泛使用 另一個重要因素是，目前LBM的分辨率還不足以構建高精度的鐵芯通常情況下，層厚可以低至0.02-0.038毫米，而x/y平面分辨率為0.3-0.4毫米。

相比之下，激光切割機的分辨率可以達到0.025毫米甚至更低，典型的表面光潔度為0.003-0.006毫米在LBM機床開發(fā)出高精度定位之前，這種權衡將一直存在鐵磁螺旋或螺旋有文獻指出，鐵磁螺旋（用于徑向通流機）或螺旋（用于軸向通流機）形狀可走過咖啡屋吉他譜以通過LBM與鐵磁材料顆粒形成。

然后，通過噴涂、浸泡涂層或真空浸漬等方式在表面涂上絕緣材料最后，將鐵磁螺旋或螺旋壓縮，形成最終的疊層鐵芯圖4顯示了涂覆和壓縮的處理過程

圖4 基于LBM的鐵磁螺旋的鐵芯的AM：（a）涂覆，（b）壓縮這種方法的優(yōu)點、主要特點及局限性包括以下幾點：1）由于所有的層壓板都是相互連接的，所以可以減少甚至不需要層壓板的夾持或連接2）它還可以使冷卻通道、結構部件和其他構造特征同時進行集成和構建。

3）薄層上的絕緣厚度大約為10μm，20μm或更小?？色@得的疊壓系數(shù)約為97％或98％。4）仍然需要進行后處理，包括涂覆和壓縮。E. 對比與討論

表2 不同鐵芯制造方法的比較 表2提供了走過咖啡屋吉他譜本節(jié)討論的四種不同制造方法在關鍵機械和電磁特性方面的簡要比較具體的材料有傳統(tǒng)硅鋼片以及SMC，而對于LOM基疊層鐵芯以及SLM基實心鐵芯的資料很少，仍需進一步研究和開發(fā)，現(xiàn)將主要觀點總結如下：。

1）對于二維磁通路徑設計，由于其最佳的電磁性能，首選傳統(tǒng)的硅鋼片2）基于LOM的方法可以看作是傳統(tǒng)疊層法和AM的結合，可以實現(xiàn)具有2D磁通路徑的簡單3D結構3）基于SMC的方法對于三維通量路徑以及復雜的三維結構都是首選，盡管在機械強度和電磁性能上有所犧牲。

4）基于SLM的方法具有最高的機械強度以及熱導率，但僅適用于渦流損耗沒有重大影響的有限應用5）從材料的利用率來看，基于SMC的方法和基于SLM的方法是走過咖啡屋吉他譜較好的選擇 雖然可以實現(xiàn)高密度（>99%）和低孔隙率（<1%），但是由于制造過程中的熱流不均勻，因此增材制造的金屬部件通常具有微觀結構的各向異性。

對于軟磁材料，應在后處理過程中進行熱處理（例如退火），以實現(xiàn)更均勻的晶粒結構因此，可以大大提高增材制造的金屬零件的導電性、磁性能和機械強度此外，可以提高不飽和相對磁導率，同時可以減小磁滯回線面積已經(jīng)探索了具有不同溫度和持續(xù)時間的詳細熱處理程序，以實現(xiàn)所需的磁性能和機械強度。

有文章指出：在最終退火之前對Fe-Co-V軟磁材料進行的低溫預退火有助于改善磁性能并實現(xiàn)較大晶粒的均勻分布，各種SLM金屬的疲勞性能也可以通過熱處理來改善通常我們用三種方法可以改善走過咖啡屋吉他譜增材制造的軟磁材料的磁性能和鐵損。

1）AM期間的最佳參數(shù)集，包括成型床溫度，激光功率，掃描速度，方向等這對于獲得優(yōu)化的合金成分至關重要2）使用狹縫、材料交替層或掃描模式來減少渦流損耗，這可以幫助限制軟磁元件內(nèi)部的渦流路徑3）熱處理，例如退火，可以幫助獲得更均勻的晶粒結構。

表3總結了幾種常用軟磁材料的主要磁性能，以及獲得這些性能的方法通過掃描SLM電機的參數(shù)以及熱處理工藝，可以獲得最佳的磁導率、飽和磁通密度和最低的磁滯損耗其中部分性能甚至可以與供應商提供的常規(guī)樣品相媲美

表3 增材制造的FE-CO、FE-SI和FE-NI軟磁性材料的主要磁性能概述繞組和絕緣系統(tǒng) 有一些AM工藝（研究層面上），直接將走過咖啡屋吉他譜銅線集成在以聚合物為基礎的AM工藝中，用于制造變壓器線圈和電感傳感器等但是，將該技術用于制造電機定子槽內(nèi)的線圈的嘗試還很少。

光纖封裝AM光纖封裝AM（FEAM）可以同時生產(chǎn)銅線和介質(zhì)材料圖5顯示了FEAM的概念，其中包括擠壓可流動的介質(zhì)材料和鋪設纖維，這樣就可以將纖維封裝起來，形成雙材料復合材料FEAM的優(yōu)點包括：1）將高導電線集成到電介質(zhì)三維結構中；。

2）不僅能夠在零件表面，而且能夠在零件內(nèi)部按體積合并電線；3）通過完全封裝將電線與環(huán)境隔離；4）有可能以簡單的方式使用一臺低成本的機器，以與標準的FDM相媲美的速度完成整個過程。

圖5 FEAM概念 （a）FEAM噴頭示意圖；（b）熱塑和銅線 用走過咖啡屋吉他譜FEAM制造了變壓器線圈、揚聲器線圈、螺旋線圈，顯示了將該工藝應用于電機線圈制造的潛力FEAM的主要挑戰(zhàn)如下：1）絕緣層的厚度應精確控制，以實現(xiàn)有效的絕緣以及較高的高的槽滿率。

到目前為止，在研究層面的成果中，幾乎沒有證據(jù)表明處理的準確性和一致性2）“纖維封裝”本質(zhì)上是FDM，而定子鐵芯一般采用SLS或其他方法進行制造，這意味著將使用至少兩種不同的工藝來實現(xiàn)定子電樞鐵芯陶瓷粉基絕緣。

由于陶瓷的熔點較高，通過傳統(tǒng)的方法很難對其進行加工相反，AM可以輕松制造多孔且致密的陶瓷形狀具體而言，可以通過以下AM技術來制造陶瓷體：1）基于粉末和漿料的3-D打印和SLS；2）SLA；3）LOM；4）直接AM手段走過咖啡屋吉他譜，例如直接。

墨寫、 FFF/FDM等 開姆尼茨理工大學的一個團隊開發(fā)了完全增材制造的變壓器和軸向磁通機的原型，其中陶瓷作為絕緣材料如圖6所示，鐵芯，銅繞組和絕緣材料通過帶有多個噴嘴的FFF制成由于陶瓷的熱穩(wěn)定性突出，線圈可以承受300℃以上的高溫。

圖6 采用陶瓷絕緣的完全增材制造的變壓器和軸向磁通機 （a）變壓器；（b）軸向磁通機下面總結了涉及最先進的增材制造陶瓷組件的挑戰(zhàn)：1）與廣泛使用的AM金屬相比，AM陶瓷仍未得到充分的發(fā)展，可用的粉末尺寸較少，粉末質(zhì)量也較低，其分辨率仍不夠好。

2）基于FDM的陶瓷體通常具有殘留的微孔對于與導熱率以及局部放電有關的設計考慮，這會是一個重要的問題印刷電路繞走過咖啡屋吉他譜組印制電路繞組類似于印刷電路板，繞組是由不導電的基板印刷并封裝的這通常應用在無槽電機中ThinGap Motor Technologies設計并生產(chǎn)了多種無槽永磁無刷電機，其中的繞線電樞被精密加工的銅片取代。

圖7（a）是一個案例展示其設計優(yōu)點包括高導熱性和高的銅填充系數(shù)EmbedTec公司還制造了一個帶有印刷電路繞組的軸向磁通永磁發(fā)電機，如圖7（b）所示

圖7 印刷定子繞組的示例 （a）薄壁無鐵電機；（b）AFPMA嵌入技術 一般來說，印制電路繞組可以預先設計線路，制造成本低但是，印制電路繞組只適用于額定電流小的電機定制成型繞組和空心導體1）定制成型繞組：AM為各種定制化的繞線設計打開了設計空間走過咖啡屋吉他譜。

如果沒有AM，每個單獨的設計都需要特殊的工具如圖8所示，定子繞組的橫截面是根據(jù)有限元分析中槽漏磁通路徑的分布進行定制的因此，可以解決眾所周知的槽口附近繞組交流損耗大的問題以往，此問題通常通過在銅排和插槽開口之間留有足夠的空隙空間來解決，這就犧牲了槽滿率。

圖8 增材制造的異型繞組 （a）異型線圈；（b）定子組件 2）空心導體：對于高電壓或高空應用，如航空航天的混合動力系統(tǒng)，絕緣厚度可能相當厚，這被認為是散熱的主要挑戰(zhàn)與熱管或冷卻通道相結合的空心導體是此類應用的理想解決方案。

然而，在AM被引入這一領域之前，通過傳統(tǒng)方法制造定制的空心導體可能是一個挑戰(zhàn)即使是AM，具有高導熱性的純銅也能反射激光束施走過咖啡屋吉他譜加的熱量Trumpf公司最近展示了3-D打印的空心銅組件，它有可能被用于制造空心導體以及熱交換器。

這是通過使用綠色波長光譜的激光作為光束源實現(xiàn)的圖9所示為3-D打印的空心銅組件的部分樣品另一種很有前途的純銅加工方法是選擇性電子束熔煉（SEBM），需要精細處理才能獲得致密且無裂紋的組件與軟磁材料相似，應對SLM，SLS或SEBM制造的銅或鋁組件進行退火處理，以釋放機械應力并提高其電導率。

圖9 Trumpf公司生產(chǎn)的三維印刷銅組件 通過SLM技術使用銅粉打印出不同類型的熱管、散熱器、熱交換器在設計優(yōu)化、復雜度以及功能上都可以期待巨大的發(fā)展此外，熱管有可能與繞組或轉子鐵芯集成，從而有效地改善電機的冷走過咖啡屋吉他譜卻能力。

表4對本節(jié)討論的四種AM方法進行了簡要比較到目前為止，只有通過多噴嘴的FFF/FDM才能實現(xiàn)繞組和絕緣材料的同時加工對于基于SLM/LBM的方法，仍然需要對印刷形狀進行后處理（如涂覆和干燥），它使AM在簡化方面的吸引力下降。

在應用方面，現(xiàn)有文獻中所討論的所有示例都是針對額定功率相當?shù)偷男⌒妥儔浩骰螂姍C，而在大功率電機上的應用還沒有探討

表4 制造繞組和絕緣系統(tǒng)的不同方法的比較磁鐵和磁化 釹鐵硼、鋁鎳鈷和釤鈷磁鐵是高功率永磁同步電機的關鍵材料，應用非常廣泛上述永磁體的傳統(tǒng)加工方法通常包括燒結、粘結、凝固鑄造、熱處理等，這降低了材料的利用率以及最終形狀的性能。

相比之下，增材制造的永磁體可以顯走過咖啡屋吉他譜著減少加工量，實現(xiàn)復雜的幾何形狀，并最大限度地減少材料浪費此外，AM還可以控制晶粒的紋理，以創(chuàng)造各向同性或各向異性的特性因此，在不嚴重依賴稀土材料的情況下，可以實現(xiàn)更好的磁性能（高剩磁、矯頑力、溫度穩(wěn)定性等）。

另一個潛在的好處是擁有復合磁體或不同類型磁體的混合基于SLM的磁鐵1）基于SLM的釹鐵硼（NdFeB）：根據(jù)瑞士Baden-Daettwil的ABB公司研究中心的最近研究，密集網(wǎng)狀的釹鐵硼磁體可以通過SLM進行增材制造。

為了避免嚴重的裂紋和孔隙形成，使用了一種具有球形形態(tài)的商粉末（MQP-S）與傳統(tǒng)的燒結磁體相比，印刷的Nd2Fe14B的晶粒尺寸更小，僅為1μm，因此具有良好的磁性 研究走過咖啡屋吉他譜還發(fā)現(xiàn)，激光參數(shù)，如激光速度和激光厚度，會對打印過程中可達到的最高能量產(chǎn)品產(chǎn)生重大影響。

圖10對三種制造方法進行了比較，即3D打?。⊿LM）、注塑磁鐵（粘結）和火花等離子燒結據(jù)稱，基于SLM的NdFeB具有最高的能量，在20°C時峰值為45 kJ / m3（Hc = 695 KA/ m，Br = 0.59 T）。

圖10 磁特性的比較 （a）BH曲線（第二象限）；（b）（BH）max與溫度的關系 基于SLM的NdFeB的其他優(yōu)點和問題總結如下：1）可以獲得復雜的磁體形狀，使轉子幾何優(yōu)化更加靈活，并為內(nèi)部永磁電機打開了設計空間；2）增材制造的集成磁體和冷卻通道可以潛在地減少對昂貴稀土材料（Dy）的走過咖啡屋吉他譜熱穩(wěn)定性的依賴。

現(xiàn)在，NdFeB粉末的尺寸為35-100μm可以預計，在不久的將來會有更小尺寸的粉末出現(xiàn)美國宇航局格倫研究中心報道了納米復合材料（<10nm）磁體，它很有希望進一步提高NdFeB磁體的磁性能一旦這些材料能以粉末形式存在，便可以印刷大塊磁鐵。

2）基于SLM的Alnico：研究學者已經(jīng)證明，可以使用高壓氣體霧化粉末和激光工程網(wǎng)成形系統(tǒng)（LENS）增材制造出網(wǎng)形Alnico磁體增材制造的Alnico磁體的磁滯回線是正方形的，因此可以獲得更高的剩磁和矯頑力。

與燒結和鑄造的Alnico磁體相比，LENS制成的Alnico磁體具有更高的矯頑力（高達2.03 kOe），剩磁（高達9 kG）和走過咖啡屋吉他譜能量產(chǎn)品（高達6.0MGOe）基于FFF的磁鐵復合顆粒由各向同性的NdFeB粉末和聚酰胺（例如尼龍和環(huán)氧樹脂）組成，可以混合、熔融并通過噴嘴以FFT形式構建所需的網(wǎng)狀NdFeB。

圖11顯示了制造NdFeB磁體一個例子據(jù)橡樹嶺國家實驗室和磁體應用公司介紹，其目標是回收利用廢舊電腦硬盤驅動器中的NdFeB，并減少對進口材料的依賴

圖11 使用MQP各向同性粉末（65％）和Nylon-12（35％）的混合物制造網(wǎng)狀粘結NdFeB磁體 材料測試結果表明，增材制造的粘結NdFeB磁體的磁性和機械性能與使用相同材料的注塑磁體相當?shù)?，磁性顆?？赡軙木酆衔镎澈蟿┲忻撀?，導致表面斷裂。

Huber等人討論了維也走過咖啡屋吉他譜納工業(yè)大學利用終端用戶3D打印機增材制造的聚合物粘結NdFeB磁體研究發(fā)現(xiàn)，與完全致密的NdFeB磁體相比，聚合物粘結磁體的密度損失了22%，剩磁損失了25%，矯頑力損失了4%。

同時，由于使用聚合物，其工作溫度也受到限制然而，它可以通過混合擠壓機以及改變作為印刷層函數(shù)的剩磁，來實現(xiàn)最佳的磁化強度冷噴涂AM由塑料（定子，轉子）和鎳（鏍絲銷）制成的靜電機中，用了光刻（SLA）3-D打印、鑄造和注塑成型技術。

與傳統(tǒng)制造相比，SLA成功地解決了定子和轉子的幾何復雜性，從而降低了制造過程中所需要的成本和時間為了降低成本和重量，僅選擇在表面鍍鎳但是，這種充液式靜電機只適用于低速直驅應用在制造主流電磁旋轉機走過咖啡屋吉他譜中，AM的潛力還沒有得到最大限度的發(fā)揮。

所謂的“冷噴涂增材制造”可以用來生產(chǎn)高密度的金屬涂料，而不會出現(xiàn)熱噴涂帶來的問題圖12顯示了冷噴頭在圓筒內(nèi)打印磁鐵時的情況加拿大國家研究委員會正在使用這種技術來制造磁鐵1）在使用熱敏材料的應用中，冷噴涂是有益的（在這種情況下，增材制造的磁體的特性可能與注塑或燒結磁體相似）。

2）冷噴涂產(chǎn)生的沉積物不含氧化物。3）分辨率的光斑尺寸尚未給出，但根據(jù)最先進的冷噴涂技術，最小的光斑尺寸約為4.0毫米（2014年），比SLM制造的光斑尺寸大得多。

圖12 使用冷噴涂AM制造的PM演示器 有研究團隊還探討了通過冷噴涂將SMC和PM沉積在轉子上來構建永磁同步磁阻電動機的轉走過咖啡屋吉他譜子的可能性由于具有更高的機械強度（抗拉強度為214 MPa），所提出的設計消除了轉子中的橋接件和中心柱，因此非常適合高速，高功率因數(shù)的電機設計。

討論與應用需要注意的是，雖然上述案例研究中顯示的AM磁體的潛在特性引起了人們的極大興趣，但由于AM磁體和傳統(tǒng)磁體之間沒有進行全面的比較，因此還沒有得出關于性能優(yōu)點的可靠結論對于上述任何努力，網(wǎng)狀磁體都需要通過外部脈沖場進行磁化。

如果磁鐵與其他部件一次性制作，也需要進行裝配后的磁化，這在現(xiàn)有文獻中還沒有討論過 關于應用，建立了兩個具有相同幾何形狀的直流電機原型其中一個使用增材制造的70%NdFeB磁體，而另一個則采用傳統(tǒng)的鐵氧體磁體。

帶有3D打印磁體的直走過咖啡屋吉他譜流電動機的反電動勢斜率測量值為1.91 V / p.u，而鐵氧體磁體直流電動機的反電動勢斜率為2.07 V/p.u有學者利用冷噴涂AM制造了一種復雜形狀的轉子，采用了NdFeB-Al復合材料和SMC粉末，因此完全不需要額外的裝配步驟。

永磁轉子的磁性和機械強度驗證了所提出方法的可行性先進的熱管理 熱管理系統(tǒng)的組成部分包括各種熱交換器、冷卻套、熱管等AM可用于構建具有孔隙、復雜通道/通道/管道和擴展表面的冷卻結構它還可以通過優(yōu)化幾何形狀和最小化工具，來減少約束減輕重量和縮短交貨時間。

增材制造的熱交換器如圖13所示，是一種由電介質(zhì)聚合物制成的3D打印出的直接纏繞式熱交換器帶有內(nèi)部冷卻劑回流路徑的增材走過咖啡屋吉他譜制造的熱交換器放置在兩個線圈之間，用于直接散熱采用玻璃化轉變溫度為80℃的碳纖維增強尼龍，通過FDM制造了該熱交換器。

傳熱試驗表明，繞組溫升可降低44%AM在制造過程中，通過改變材料的微觀結構，可以提高特定方向的導熱性但是，為了容納熱交換器，降低了槽滿率另外，熱交換器和繞組之間的不完美接觸也會抵消該設計的優(yōu)勢作為這項研究的補充，熱交換器采用陶瓷制造（如圖13（c）所示）。

圖13 增材制造的熱交換器（a）兩線圈間的熱交換器；（b）CF-尼龍熱交換器；（c）陶瓷熱交換器

圖14 無源熱導插入定子槽中以增強熱傳遞（方法：SLM；材料：AlSi10Mg） 圖14顯示了通過SLM設計和制造的各種具有多孔結走過咖啡屋吉他譜構的熱導將熱導插入兩個線圈側之間的定子槽中，以增強散熱能力AM有助于顯著降低導熱管的重量，因此，僅增加3-4%的額外重量，輸入功率處理能力增加了約40%。

Wrobel等人提出了一種增材制造的風冷熱交換器，該熱交換器與太陽能飛機的外轉子推進電動機的定子集成在一起圖15顯示了電機的定子組件，其中基于SLM的AlSi10Mg熱交換器具有極高的活性表面積與體積比，同時重量也很輕。

圖15 帶集成式熱交換器的定子組件(方法：SLM；材料：AlSi10Mg)增材制造的熱管熱管可以用來大大提高熱管理系統(tǒng)的導熱性由SLM公司制造的燒結型鋁熱管已經(jīng)研發(fā)出來AM可以在燈芯中精心設計不同孔隙率、磁導率和孔徑的多孔結構走過咖啡屋吉他譜，從而有助于提高導熱性。

圖16所示為具有多孔結構的熱管槽燈芯

圖16 基于SLM的多孔熱管槽燈芯增材制造的冷卻套管AM可以極大地簡化冷卻通道和冷卻套管的制造方式，降低了模具成本，并減少了液體泄漏傳統(tǒng)上，電機的冷卻套管至少由兩個獨立的部件焊接而成的為了降低制造的復雜度，通常對冷卻套管內(nèi)的冷卻通道進行簡化，如圖17（a）所示。

利用SLM，可以制造出具有優(yōu)化內(nèi)部螺旋通道的冷卻套管，如圖17（b）所示最重要的是，可以大大提高冷卻套管的機械完整性它在汽車中的應用表明，冷卻性能可提高37%，而有了螺旋形冷卻通道后，重量減輕了16%同時，AM還可以為制造各種路徑復雜的冷卻夾套打開大門，如環(huán)形、軸向、螺旋形、蛇走過咖啡屋吉他譜形水管等。

圖17 具有優(yōu)化的螺旋冷卻通道的增材制造的冷卻套管（a）典型的冷卻套管；（b）AM冷卻套管 除了機器設計外，在系統(tǒng)層面，AM還可以為電機和電力電子器件之間更緊密的集成打開大門，這也稱為集成電機和驅動器（IMD）或集成模塊化電機和驅動器（IMMD）

對于IMD/IMMD來說，提升功率系數(shù)的關鍵是要讓電機和電力電子設備共享熱管理系統(tǒng)通常，這會使熱設計相當復雜在IMD概念的背景下，AM帶來的一些基本優(yōu)勢包括：1）組件之間的理想接觸：AM可以支持具有復雜形狀的熱交換器和冷卻管，從而可以更好地安裝在適應電機端部繞組和電力電子設備之間。

2）創(chuàng)新的直接冷卻：對于航空航天應用，為了避免在低氣壓下的局部走過咖啡屋吉他譜放電，繞組絕緣通常比海平面上的常規(guī)設計要厚得多傳統(tǒng)的冷卻設計變得不那么有效在這種情況下，在槽內(nèi)增材制造的冷卻通道可能非常有前途，冷卻通道可以使用非導電材料來構建，如纖維增強的聚合物材料。

應用總結1. 結構部件的AM：需要指出的是，在電機結構件的增材制造方面也有很多嘗試，包括定子外殼、端蓋、轉子軸、球軸承、繞組框架等其動機主要有兩個方面：重量輕和集成/簡化制造其中一個例子是通過基于擠壓的AM制造的無刷直流電動機。

為了減輕重量，定子外殼、繞組框架和轉子結構部件均由塑料制成橡樹嶺國家實驗室報道了增材制造出的軸承保持架，它由多種材料制成，包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（即ABS）、鈦、316L和420不銹走過咖啡屋吉他譜鋼等采用AM方法，如FDM、EBM和DMLS，可在短時間內(nèi)快速進行原型設計并評估軸承的某些性能。

2. 技術成熟度：圖18對所討論的AM方法在技術成熟度方面進行了總結成熟度相對較高的AM方法被置于雷達圖的中心位置現(xiàn)在已經(jīng)有一些方法是可用的，而其他方法則有望在將來變得更加成熟當然，完全由增材制造的電機不太可能很快成為真正的產(chǎn)品。

盡管如此，AM的可行性將在電機的更多組件中得到證明某些特定的應用甚至可以接受AM目前一些不成熟的方面

圖 18 AM方法的成熟度3. 重新設計標準：隨著設計自由度的增加，AM的使用必將拓展設計邊界，而不是簡單的一對一替換傳統(tǒng)電機部件將來重新設計的新的電機設計標準可能需要考慮以走過咖啡屋吉他譜下內(nèi)容：A. 減少重新設計時的幾何限制：。

1）連續(xù)的定子/轉子偏斜，以獲得更平滑的轉矩；2）復雜的永磁體磁化方向/強度，以減少磁場畸變；3）優(yōu)化的冷卻設計，可支持更高的熱負荷設計B. 重新定義材料屬性的邊界：通過使用AM可以有針對性地控制材料特性。

然后，在設計過程中就會有更多的選擇，從而找到最優(yōu)設計方案，很好地滿足成本和性能目標除了上述兩點外，AM還可以為緊密相連的多物理場設計進一步打開設計空間結論 本次我們討論了用于或可用于制造永磁機的三個關鍵部件（即鐵芯、繞組和絕緣）的最新AM技術。

到目前為止，大多數(shù)電機部件都是可以單獨制造的，而很少有研究證明可以完全通過增材制造整個電機 多種AM技術可用走過咖啡屋吉他譜于制造鐵芯、繞組、絕緣以及PM增材制造電機的優(yōu)點是不僅可以實現(xiàn)復雜的幾何形狀和材料的高利用率，而且還可以改變其微觀結構和材料性能。

未來AM技術的趨勢是開發(fā)多材料系統(tǒng)，這將進一步為增材制造電機提供了機會1）不同金屬的融合：軟磁材料，例如Co-Fe，Ni-Fe；納米復合磁鐵；2）具有陶瓷界面的金屬或帶有塑料界面的金屬：導體和絕緣系統(tǒng)多材料AM系統(tǒng)開發(fā)得越多；完全通過增材制造來開發(fā)永磁電機的可能性就會越大。

除了永磁電機的三個關鍵部件外，還討論了冷卻通道、熱交換器、熱管和散熱器的AM通過AM技術，可以大大提高散熱能力，而不會增加額外的重量/體積