3D打印，正在重塑电动

开发电动汽车的电动驱动装置需要很长时间，通常长达三年的时间。在此期间可能会产生新的要求：例如，不同的电源电压，安装空间的变化。大部分开发过程可以通过仿真辅助完成，但是在硬件中进行映射需要花费时间。最重要的是，电动汽车的电动机定子绕组的开发通常是众所周知的瓶颈，3D打印几乎无需模具就可以避免这种开发障碍。由于传统的生产涉及复杂的弯曲和焊接过程，3D打印带来的时间节省尤其是在所谓的发夹式绕组上得到了回报。 通常新绕组的等待时间有时为六个月或更长时间，最新的市场发展趋势是将时间缩短到几个星期。本期，一起了解3D打印在电动机定子绕组方面的前沿发展应用趋势。

复杂的绕组,3D打印简单实现

经典的圆线绕组有许多限制：铜导体，绕组工艺和槽口几何形状必须匹配。彼此缠绕的导体形成牢固的图案。此外，圆形导线（经典的导体形状）在几何形状上与梯形凹槽的配合不佳。结果是，每个凹槽都被铜填充了一半，从而形成了空隙。相对较小的导体横截面可确保较大的电热损耗。

3D打印的单个线圈的横截面：通过选区激光熔化工艺制造，可以调整每一匝，以最佳方式利用可用的槽口面积。铜填充系数约为65％。来源：德国Additive Drives

当然，这个过程中，最为关键的是如何减少或避免铜的激光反射？

由于铜的导热性和反射性极佳，这使得铜金属在3D打印机内部难以操作。虽然当前选择性激光熔化（SLM）3D打印技术可以用于制造铜金属粉末材料。但是铜金属在激光熔化的过程中，吸收率低，激光难以持续熔化铜金属粉末，从而导致成形效率低，冶金质量难以控制等问题。此外，铜的高延展性给去除多余粉末这样的后处理工作增加了难度。

释放3D打印铜应用的潜力，一个特别重要的趋势是用于焊接和铜材料 3D 打印等应用的蓝光直接二极管激光器的发展。2019 年，Laserline 推出了一款1 kW 的产品。蓝色激光加工金属的速度更快，效率更高，而这些金属对大多数工业激光系统产生的 1 微米红外辐射吸收能力较差。

3D打印的电动机定子绕组目前可以承受的电流极限约为1兆瓦，不过对于商业化前景来说，专注于功率在100 kW左右的功率范围更为合适，因为这在汽车牵引电机中很常见。