Razvoj večkomponentnih trajnih magnetov kompleksnih oblik z uporabo napredne tehnologije 3D tiskanja
Oznaka in naziv projekta
L2-1829 Razvoj večkomponentnih trajnih magnetov kompleksnih oblik z uporabo napredne tehnologije 3D tiskanja
L2-1829 Development of complex shape multicomponent permanent magnets with the use of advanced 3D printing technology
Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: Spomenka Kobe
Sodelujoče raziskovalne organizacije:
1. Institut »Jožef Stefan«
2. Fakulteta za strojništvo, Univerza v Ljubljani
3. Kolektor Group, Vodenje in upravljanje družb d.o.o.
Raziskovalci:
- Spomenka Kobe (IJS)
- Kristina Žužek Rožman (IJS)
- Benjamin Podmiljšak (IJS)
- Zoran Samardžija (IJS)
- Sašo Šturm (IJS)
Vsebinski opis projekta
S prehodom na obnovljivo energijo in električno mobilnost, zlasti za motorje hibridnih električnih vozil (HEV) in električnih vozil (EV), so trajni magneti (TM), zlasti Nd-Fe-B magneti, ena izmed najbolj nujnih surovin, ki jih potrebuje moderna Evropa, saj so sestavni del pretvorbe energije v elektromotorje in generatorje. Zaradi povpraševanja po večji učinkovitosti, nižjih stroških in razvrstitvi surovin kot kritičnih za EU, se vedno bolj povečujejo industrijska in znanstvena prizadevanja za oblikovanje nove generacije Nd-Fe-B magnetov tako po obliki kot sestavi. Današnje raziskave se osredotočajo na iskanje novih magnetnih materialov in magnetnih materialov brez elementov težkih redkih zemlj, vendar do sedaj ni bilo mogoče najti primerne zamenjave za Nd-Fe-B magnete z visoko vsebnostjo disprozija. Pokazalo se je, da bi sprememba konstrukcije magneta ("V" geometrija oblike) lahko povečala učinkovitost za 50% v pogonskem motorju, vendar izdelava zapletenih kompleksnih delov z neposrednim sintranjem še ni praktično izvedljiva, ker zahteva energijsko in surovinsko intenzivno končno obdelavo.
Cilj predlaganega projekta je razvoj novega tipa magneta, ki bo imel manjšo vsebnost težkih redkih zemelj in povečano učinkovitost z uporabo sprememb pri obliki magneta, kot je zamenjava magnetov tipa "V" z enim magnetnim telesom ukrivljene oblike, ali z uvajanjem hladilnih struktur in majhnih laminacij / segmentov, da se tako zmanjšajo izgube zaradi vrtinčnih tokov. To bo doseženo z uporabo napredne tehnologije 3D tiskanja, ki je vroča tema v današnjem proizvodnem procesu, vendar v proizvodnji magnetov še ni bila uporabljena. Razvili bomo simulacije, da bi dosegli najboljše zasnove za magnete v pogonskem motorju. Ti novi oblikovni koncepti bodo v nadaljevanju natisnjeni v modificiranem tiskalniku po principu ciljnega nalaganja materiala po plasteh (FDM). Tiskalnik bo uporabljal posebej izdelane filamente, pripravljene v modificiranem ekstruderju, kjer bo mešanica polimera in magnetnega prahu ekstrudirana skozi magnetno polje, da se tako dosežejo usmerjeni delci za najvišje magnetne lastnosti. Različni filamenti bodo pripravljeni z različno vsebnostjo težkih redkih zemelj. Ti bodo hkrati natisnjeni v postopku razvoja večkomponentnih magnetov z visokimi magnetnimi lastnostmi le v območjih, kjer je magnet izpostavljen največji demagnetizacijski obremenitvi. Da bomo dosegli dobre magnetne lastnosti po tiskanju, bomo polimer odstranili in tako dobljeni zelenec sintrali, tako da bomo dobili magnet visoke gostote. Ker to na večkomponentnih magnetih nikoli še ni bilo izvedeno, je potrebno posebno pozornost posvetiti odstranjevanju polimera in sintranju zaradi različnih temperatur sintranja materialov. Za oceno gospodarskega in okoljskega vidika predlaganega proizvodnega procesa bomo izvedli temeljita analize kot so: LCA (Life Cycle Analysis) in LCC (Life Cost Cycle) ter rezultate primerjali s klasičnim sintranjem s naknadno termično in/ali mehansko obdelavo.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani. Povezava na SICRIS
Faze projekta in opis njihove realizacije
1. Faza
2. Faza
3. Faza