導讀：磁芯是具有高磁導率的磁性材料片，它們通常應用于引導和指導各種電氣系統和機器中的磁場，包括電磁鐵、變壓器、電動機、發電機、電感器和其他磁性組件。到目前為止，由于難以保存磁芯的效率，軟磁芯的3D打印一直是一個重大挑戰。

2022年5月24日，來自塔林科技大學和愛沙尼亞生命科學大學的研究人員正在研究使用3D打印技術來生產軟磁芯。該研究小組提出了一個全面的基于激光的增材制造工作流程，他們聲稱可以產生優于軟磁復合材料的磁性。

△鐵氧體電感器包括一個由銅線圈包圍的磁芯。圖片來自Jurgis Mankauskas。

3D打印電磁材料

具有電磁特性的金屬的增材制造是一個新興的研究領域。電機制造行業已經在嘗試開發3D打印集成應用部件，并認為設計自由可以為行業的創新提供巨大幫助。例如，3D打印具有磁性和電氣性能的復雜功能部件可以為帶有嵌入式電機、執行器、電路和齒輪箱的定制機器鋪平道路。這種定制機器可以在數字制造設施中生產、裝配和后處理，并且最大程度上減少材料浪費，因為許多裝配部件都是通過3D打印完成的。

因此，迄今為止的研究主要集中在更基本的部件上，如3D打印的軟磁轉子、銅線圈和氧化鋁熱導。軟磁芯也有很受關注，但在3D打印過程中盡量減少磁芯損失是一個有待跨越的障礙。

△一組打印的樣品立方體展示了激光功率和打印速度對磁芯結構的影響。照片來自塔林科技大學。

一個優化的3D打印工作流程

為了展示優化的磁芯3D打印工作流程，研究人員確定了應用的最佳工藝參數，包括激光功率、掃描速度、艙口間距和層厚。

愛沙尼亞大學的團隊還研究了退火參數的影響，以實現最小的直流損耗、準靜態、磁滯損耗和最高的磁導率。最佳的退火溫度被確定為1200℃，這導致了最高的相對密度為99.86%，最低的表面粗糙度為0.041毫米，最小的磁滯損失為0.8W/kg，以及極限屈服強度為420MPa。

△能量輸入對3D打印磁芯的表面粗糙度的影響。圖片來自塔林科技大學。