甜甜圈状的3D打印铁芯能大幅提高变压器效率

近日，明尼苏达州圣托马斯大学的研究人员用一台FDM3D打印机制造出一个更有效的甜甜圈状变压器铁芯，这项研究已经发表在《JournalofMagnetismandMagneticMaterials》，题为《3D打印磁性聚合物复合材料变压器》。

铁芯是变压器中的主要磁路部分，它和绕在其上的线圈组成一个完整的电磁感应系统。变压器传输功率的大小取决于铁芯的材料和横截面积。在此次研究中，研究人员旨在探索用3D打印来制造复杂的铁芯形状，以提高其效率。此外，研究人员认为，新的变压器铁芯制造工艺也可能降低成本。根据这项研究，“一个像面包圈一样的环形几何形状理论上能让变压器的效率最高，因为这样的形状能让封闭的磁通量最大化。”然而，由于制造成本的限制，变压器往往采用一种低效率的形状。为了改变这种状况，研究人员借助3D打印轻松制造出复杂的形状。


他们使用Proto-Pasta的“生锈磁铁（RustableMagneticIron）”线材——一种用注入铁的PLA线材，和一台gCreate-gMax3D打印机制造出环形形状。线材在210摄氏度下挤出，复合PLA材料提供了磁性元素。研究论文总结说，因其形状，3D打印铁芯确实是有效的。然而，一些其他因素可以优化其磁性。研究人员特别解释说，若想让3D打印变压器铁最有效，必须要有一个高填充因子和一个高浓度的磁性颗粒。