欧洲研究人员利用3D打印技术制造出类似玻璃的金属部件用于提高电动机效率

萨尔兰大学的研究人员正在开发一种新型金属玻璃合金，有望降低无人机和电动自行车等设备中使用的电动机的能量损耗。该团队由拉尔夫·布施教授领导，他们利用3D打印技术，用这些非晶态材料制造电机部件。欧盟为他们的研究提供了350万欧元的资助。

拉尔夫·布施教授（左）及其团队希望利用金属玻璃来提高电动机的能源效率。（图片来源：Pasquale D’Angiolillo/UdS）

电动机在运行过程中会因“铁损”而损失能量，铁损是指电动机内部磁场方向不断变化时产生的损耗。在传统的晶体金属中，微小的磁性元件在每次磁场反转时都必须翻转方向，从而产生内部摩擦并将能量以热能的形式损耗掉。“当晶粒尺寸极小，即纳米晶体结构，或者完全没有晶体结构，即材料呈玻璃状或非晶态时，损耗会显著降低，”拉尔夫·布施说道。

该团队研发的金属玻璃合金含铁量高达70-80%，且缺乏传统金属中常见的晶格结构。这种非晶态结构使得磁性区域在磁场变化时能够更自由地重新取向，从而减少能量损耗。“由于金属玻璃中没有微晶，因此磁性区域（被称为魏斯畴）不会受到阻碍，可以在磁场变化时自由重新取向，”布施解释道。

为了找到合适的合金，研究人员测试了五种化学元素的数百种成分。他们最终确定了三种能够抵抗结晶并适用于3D打印工艺的合金。该团队采用激光粉末床熔融技术逐层构建电机部件，每层厚度为50微米。

AM2SoftMag项目汇集了来自西班牙、意大利、波兰和德国的合作伙伴，其中工业合作伙伴贺利氏AMLOY Technologies负责磁性元件的3D打印。萨尔兰大学驱动技术专家马蒂亚斯·尼恩豪斯教授指出，“现在的挑战在于开发出能够在实践中可靠运行并达到工业规模的工艺。”

来源：eurekalert.org