Sähkökone 3D-tulostetuin osin keskellä, oranssi 3D-tulostettu johdinten suoja vasemmalla ja älyakseli kuormana oikealla. Kuva: VTT

Vuosittain järjestettävät Formnext- ja World PM -messut keräävät yhteen materiaalia lisäävän valmistuksen kansainväliset ammattilaiset. VTT esitteli molemmilla messuilla prototyypin sähkömoottorista, jonka komponenteista osa on valmistettu 3D-tulostamalla. Vastaavia prototyyppejä ei ole aikaisemmin nähty messukäytössä.

Prototyypin ferromagneettiset sydämet eli staattorin ja roottorin magneettikenttää johtavat osat on valmistettu 3D-tulostamalla. Lisäksi mallimoottorin kaapeleille 3D-tulostettiin suoja sellupohjaisesta materiaalista. 

Messuilla sähkömoottorin kuormaksi kiinnitettiin älyakseli, mutta moottoriin voidaan kiinnittää mikä tahansa muukin kuorma. Kuten protomoottori, myös kaapeleiden sellupohjainen materiaali ja älyakseli on kaikki kehitetty VTT:llä.

Uudenlaiseen valmistustapaan liittyy useita etuja. Tulostusprosessissa ei synny juurikaan jätettä. Lisäksi uusien innovaatioiden testaaminen on muihin valmistusmenetelmiin verrattuna helppoa, sillä prototyyppien tulostus on nopeaa ja suhteellisen edullista. 

Nyt tuotettu prototyyppi tuottaa valtavasti tietoa 3D-tulostamisen vaatimuksista, eduista ja mahdollisista haasteista.

3D-tulostaminen avaa uusia mahdollisuuksia

Perinteisesti ferromagneettiset osat valmistetaan sähkölevyistä, jotka meistetään tai laserleikataan haluttuun muotoon. Tämän jälkeen levyt pakataan sydämiksi, hitsataan yhteen ja mahdollisesti lämpökäsitellään. 3D-tulostaminen voi yksinkertaistaa valmistusprosessia merkittävästi.

Näin voidaan valmistaa myös sellaisia moottoreita tai generaattoreita, joiden valmistaminen on aikaisemmin ollut teknisesti vaikeaa, ja siksi kaupallisesti kannattamatonta. Valmistustapa on erityisen kiinnostava esimerkiksi sota-, ilmailu- ja avaruusteollisuudelle, joissa haetaan maksimaalista suorituskykyä ja luotettavuutta. Valmistusteknologian kehittyessä myös autoteollisuus, suuret sähkökonevalmistajat ja konepajat voivat hyötyä 3D-tulostamisesta.  

VTT:n kehittämiä menetelmiä voidaan käyttää kaikkien ferromagneettisia osia hyödyntävien sovellusten valmistukseen sähkömoottoreista kuristimiin ja muuntajiin. 

Tutkimuksen alla vaikeasti toteutettavat sähkökoneet

VTT:n kymmenhenkinen tiimi on tutkinut ferromagneettisten kappaleiden 3D-tulostusta ja niiden hyödyntämistä sähkökoneissa vuodesta 2014 lähtien.

Tutkimus keskittyy erityisesti siihen, voisiko 3D-tulostus edesauttaa paperilla erittäin hyvien, mutta käytännössä vaikeasti toteutettavien sähkökoneiden valmistusta ja sitä kautta niiden yleistymistä. Tutkimus kattaa koko valmistusketjun sähkökoneen suunnittelusta ja materiaalien valmistuksesta osien 3D-tulostukseen ja edelleen sähkökoneiden kokoonpanoon ja testaukseen.