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從世界上第一個3D打印電動機(jī)看增材制造在電驅(qū)動方面的應(yīng)用發(fā)展

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未來的驅(qū)動任務(wù)-無論是在工業(yè)領(lǐng)域還是交通領(lǐng)域-都對各個組件提出了很高的要求。電動機(jī)的經(jīng)典制造工藝很快達(dá)到了極限。基于傳統(tǒng)的制造工藝，優(yōu)化的幾何形狀通常是不可能的，結(jié)果是設(shè)計者在性能和效率上痛苦折衷。

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印從打印電動機(jī)外殼，到定子繞組，到電動機(jī)，在獲得不斷的突破。

3D打印電機(jī)繞組© 3D科學(xué)谷新能源汽車白皮書

3D打印帶來電機(jī)制造的顛覆

電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)由驅(qū)動電動機(jī)、電源和電動機(jī)控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內(nèi)燃機(jī)汽車相同。電力驅(qū)動子系統(tǒng)由電控單元、控制器、電動機(jī)、機(jī)械傳動裝置和驅(qū)動車輪組成。主能源子系統(tǒng)由主能源、能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng)構(gòu)成。輔助控制子系統(tǒng)具有動力轉(zhuǎn)向、溫度控制和輔助動力供給等功能。

動力系統(tǒng)的工作過程是，根據(jù)從制動踏板和加速踏板輸入的信號，電子控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令來控制電動機(jī)，調(diào)節(jié)電動機(jī)和電源之間的功率流。輔助動力供給系統(tǒng)主要給動力轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動及其他輔助裝置提供動力。

當(dāng)今的汽車制造商面臨著提高電動汽車效率的不斷增長的需求。制造商已經(jīng)從各個角度解決這個問題：減輕重量、創(chuàng)建更高效的動力傳動系統(tǒng)、降低噪音。不過這個過程是不斷迭代且永無止境的。

目標(biāo)：完全3D打印的電機(jī)

盡管成本、質(zhì)量和性能是制造商的重中之重，但電動機(jī)的開發(fā)已有 100 多年沒有受到如此重視。考文垂制造技術(shù)中心的工程師正在開發(fā)他們聲稱可能是世界上第一個 3D 打印電動機(jī)，該團(tuán)隊開發(fā)了一種生產(chǎn)電動機(jī)的方法，該電動機(jī)的主要部件使用增材制造。

這個3D打印電機(jī)的特點是盡管關(guān)鍵部件的尺寸和質(zhì)量減少了，但電機(jī)功率卻增加了，零件數(shù)量的減少使供應(yīng)鏈更簡單，提高了制造效率，降低了運(yùn)行成本，并減少了組裝和檢查時間和成本。

3D打印電機(jī)© MTC

MTC 表示，他們的工作可能為 3D 打印電動機(jī)的商業(yè)化掃清道路題。此外，MTC 已經(jīng)開發(fā)出一種生產(chǎn)電動機(jī)外殼的方法，包括使用增材制造的集成冷卻通道，目標(biāo)是使用增材制造完全制造電機(jī)。

增材制造是開發(fā)復(fù)雜特征和形式的關(guān)鍵推動因素，這些特征和形式對于提高電動機(jī)的性能和功能至關(guān)重要。制造電動機(jī)的過程面臨許多挑戰(zhàn)，包括復(fù)雜或手動組裝、難以加工且價格昂貴的材料、熱管理以及使組件更輕的需求。

通過產(chǎn)品重新設(shè)計,利用增材制造的能力，可以在成本、減少浪費(fèi)、性能和易于制造方面實現(xiàn)主要優(yōu)勢。

保時捷、GKN通過金屬3D打印開發(fā)電子驅(qū)動動力總成

保時捷工程部門和GKN合作研究如何在其電子驅(qū)動動力系統(tǒng)中實施新材料。采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)結(jié)合GKN的材料，保時捷實現(xiàn)了差速器的獨(dú)特設(shè)計（包括齒圈），通過這種齒輪減重和剛性形狀的組合，實現(xiàn)了更高效的傳動。

隨著金屬增材制造繼續(xù)發(fā)展并成為主流工藝，該應(yīng)用不僅可以擴(kuò)展到原型或賽車運(yùn)動，而且還可以擴(kuò)展到批量生產(chǎn)。