欧洲 AM2SoftMag 项目的研究人员开发了一种专为激光粉末床熔融（LPBF）工艺设计的铁基金属玻璃，旨在制造更高效电机所需的软磁部件。该合金由德国萨尔兰大学（UdS）的研究人员设计，可在保持高度非晶态结构的同时通过 LPBF 工艺进行加工。材料成分包含铁、硅、硼、铌和镍，同时避免了通常用于提高玻璃形成能力的磷、钴和稀土元素。总部位于马德里的材料研究机构 IMDEA Materials 的研究人员优化了用于制造该合金的 LPBF 工艺参数。研究发现，将重熔与可控的激光关闭时间延迟相结合，可以生产出经 X 射线衍射验证为完全非晶态的样品。
这项研究近期发表在《Acta Materialia》期刊上，旨在为未来生产用于高效电机的 3D 打印转子和定子部件提供支持。
设计方法结合了增强的玻璃形成能力（GFA）与激光粉末床熔化（LPBF）扫描策略优化。图片来源：IMDEA材料研究所。
防止 LPBF 过程中的结晶
铁基金属玻璃可以减少磁滞损耗和涡流损耗，因此对电机制造具有吸引力。然而，LPBF 工艺会对材料进行反复加热和冷却，这可能引发脱玻化并降低其软磁性能。AM2SoftMag 合金旨在提高抗结晶能力。其临界铸造厚度约为 1 毫米，而市售的不含磷、钴和稀土元素的合金（如 Kuamet 6B2 和 Finemet）的临界铸造厚度约为 150 微米。研究人员在 RenAM500Q Flex LPBF 系统上，使用不同的激光功率、曝光时间、扫描延迟和双扫描策略对材料进行了测试。研究团队发现，重熔并不能改善化学均匀性。相反，量热分析和纳米压痕测试表明，第二次熔融会形成更松弛、结构异质性更小的非晶态，从而提高后续抗结晶能力。
矫顽力范围为 44 至 77 A/m，在采用 20 毫秒延迟的单扫描试样中测得最低值。研究报告称，44 A/m 的值至少比以往在可比 LPBF 工艺下制备的不含磷、钴和稀土元素的铁基金属玻璃所达到的值低一个数量级。在这些高非晶相分数下，矫顽力与非晶相分数之间没有明显的关系。研究人员认为，孔隙率、残余应力和磁致伸缩可能在磁性能中起着更大的作用。
FeSiBNbNi合金与其他增材制造软磁材料的矫顽力和比饱和磁化强度对比。图片来源：Rodríguez-Sanchez等人，《材料学报》（Acta Materialia）。
迈向电机原型
该研究仍处于材料和工艺开发阶段。该联合体尚未证明该合金对整个运行中的电机效率的影响。制造缺陷仍然是一个重要的制约因素。打印的试样同时包含孔隙和裂纹，研究人员指出，在将该材料转化为功能性电机部件之前，还需要进一步的工作
。此外，由于样品几何形状的变化使得退磁因子难以准确评估，磁导率也未被测量。下一步将专注于减少制造缺陷、扩大 LPBF 工艺规模，并在高效电机转子和定子的物理原型中评估该材料。除了萨尔兰大学和 IMDEA Materials 之外，下一阶段的研究还将涉及意大利国家计量研究所和柏林工业大学。AM2SoftMag 项目由欧洲创新委员会通过 Horizon Europe Pathfinder Open 计划资助，资助协议编号为 101046870。
增材制造瞄准电机性能提升
增材制造正被应用于电机开发的不同环节。2026 年 2 月，德国制造商 Additive Drives 获得了数千万欧元投资，用于扩大其 3D 打印电机技术的规模。该公司生产不含稀土元素的感应电机，并报告其工业系统效率高达 98%。同月，麻省理工学院的研究人员展示了一种多材料挤出平台，能够在约三小时内生产出功能性的直线电机。该系统使用四个挤出工具，结合了导电、磁性和结构材料，未来计划开发旋转电机。
AM2SoftMag 项目解决的是更早期的材料瓶颈问题。该项目的目标并非制造完整的电机，而是寻求在降低当前限制其在功能性转子和定子中使用的缺陷的同时，保留 LPBF 工艺下合金的非晶态结构和软磁性能。
来源：中国3D打印网编译文章！
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