Is het mogelijk om motoren voor elektrische voertuigen economischte vervaardigen door ze te drukken? En welke eigenschappen krijgen de gedrukte aandrijvingen, die motoren uit conventionele productieprocessen niet hebben? Onderzoekers van de vakgroep Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe aan de Technische Universität Chemnitz verkennen met zeefdruk geproduceerde componenten voor elektrische aandrijvingen.
Het doel van het onderzoek binnen het project PriMa3D is om driedimensionaal afdrukken voor de productie van elektrische aandrijvingen verder te ontwikkelen.De onderzoekers kijken binnen het project naar technologische vraagstukken voor de verbetering van de energie-efficiëntie van elektrische aandrijvingen en een efficiënte productie.
Binnen de projectperiode willen ze bewijzen dat driedimensionaal printen een voordelig alternatief kan zijn voor conventionele productie. Bovendien willen ze laten zien dat met behulp van dit proces een belangrijke verbetering van de vermogensdichtheid en efficiëntie van elektromotoren mogelijk is.
Door het op elkaar afdrukken van meerdere lagen van verschillende materialen zouden met behulp van de 3D- zeefdruktechniek onderdelen van meer dan tien centimeter hoogte kunnen worden gevormd. Deze delen ondergaan na het drukproces een warmtebehandeling en worden zo tot massieve onderdelen gesinterd.
Perspectieven
De vakgroep gebruikt al sinds mei 2010 de klassieke 2D-zeefdruk voor de vervaardiging van aandrijfcomponenten. Ze verrichten al meer dan twee en een half jaar berekeningen en metingen voor luchtspleetwikkelingen van kleine motoren.
3D-zeefdruk kan zorgen voor een grote nauwkeurigheid en materiaalkeuze in vergelijking met traditionele productiemethoden. Dat belooft de productie van motoren met naar huidige maatstaven uitstekende eigenschappen. Voor het gebruik van 3D-zeefdruk in de aandrijftechniek maken de onderzoekers eerst een nieuw ontwerp van onderdelen die nodig zijn voor een elektromotor. In principe ontstaan hier al voordelen van de nieuwe technologie. Zo kunnen veel hogere bedrijfstemperaturen worden toegelaten op basis van materialen zoals keramiek.
Ook wordt de integratie in het bestaande koelsysteem op hybride elektrische voertuigen aanzienlijk eenvoudiger. Door de lagere massa en volume worden hogere prestaties bereikt in vergelijking met conventionele elektrische aandrijvingen.Op de foto bespreken onderzoekers van de TU Chemnitz hoe de eigenschappen van een stator voor een elektromotor met behulp van zeefdruk kunnen worden verbeterd (foto: TU Chemnitz/Mario Steinebach)
Samenwerkingsverband
De onderzoekers werken samen met vier partners: het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie und Angewandte Materialforschung (IFAM), Ekra Automatisierungssysteme, Wittenstein en MP + L Produktions GmbH.
Fraunhofer-IFAM produceert de ontworpen onderdelen met behulp van 3D drukken, die worden gesinterd naar massieve onderdelen. Hierbij komen ook gewenste verbeteringen in de zeefdruk boven water, die door MP + L worden uitgewerkt. Wittenstein assembleert de componenten en vergelijkt hun kenmerken met die van conventionele aandrijvingen uit de eigen productie.
De onderzoekers voeren testen met de nieuwe motoren uit onder wisselende klimatologische omstandigheden. Specifiek hiervoor krijgen ze in de tweede helft van 2013 een krachtige klimaatcel ter beschikking. Hierdoor kunnen temperaturen van -40° tot +185 °C worden gehaald.
Parallel aan de resultaten van de motorberekening en het drukken zorgt Ekra Automatisierungssysteme er voor dat alle essentiële onderdelen voor een commerciële productiefaciliteit worden ontwikkeld en geproduceerd.
