VTT:n prototyyppi keräsi laajaa huomiota kansainvälisillä Formnext- ja World PM -messuilla. Lisäävään valmistukseen eli 3D-tulostamiseen perustuva uniikki menetelmä haastaa perinteisen tavan rakentaa sähkömoottori.
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, minkä vuoksi moottori herätti laajaa kiinnostusta messujen osallistujissa.
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.
3D-tulostaminen edesauttaa uudenlaisten komponenttien kehittämistä ja testausta
Uudenlaiseen valmistustapaan liittyy useita etuja. Yksi niistä on se, ettei tulostusprosessissa synny juurikaan jätettä. Lisäksi uusien innovaatioiden testaaminen on muihin valmistusmenetelmiin verrattuna helppoa, sillä prototyyppien tulostus on nopeaa ja suhteellisen edullista. Nopeampi kehitysprosessi lisää uusien teknologioiden ja innovaatioiden läpimurtoa, kun uusia ideoita voidaan joustavammin valmistaa ja tehdä erilaisia kokeiluja.
Parhaimmillaan 3D-tulostaminen voi yksinkertaistaa sähkömoottorien valmistusprosessia merkittävästi. Perinteisesti ferromagneettiset osat valmistetaan sähkölevyistä, jotka meistetään tai laserleikataan haluttuun muotoon. Tämän jälkeen levyt pakataan sydämiksi, hitsataan yhteen ja mahdollisesti lämpökäsitellään. 3D-tulostuksella työvaiheita voidaan vähentää.
3D-tulostamisen avulla 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.
Lisäävä tulostaminen uudistaa perinteistä tutkimusalaa
Sähkökoneet ovat vanha ja perinteinen tutkimusala, jota 3D-tulostaminen valmistusmenetelmänä uudistaa. VTT:llä 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.
VTT:n kymmenhenkinen tiimi on tutkinut ferromagneettisten kappaleiden 3D-tulostusta ja niiden hyödyntämistä sähkökoneissa vuodesta 2014 lähtien. Tutkimuksen tarkoitus on hahmottaa, millaisia menetelmiä 3D-tulostusta hyödyntävien moottorien valmistusprosessi vaatii. Nyt tuotettu prototyyppi tuottaa valtavasti tietoa 3D-tulostamisen vaatimuksista, eduista ja mahdollisista haasteista. Tavoitteena on kehittää entistä vähähäviöisempiä 3D-tulostettuja osia sekä tehokkaampia sähkömoottoreita.
