Fe-Si変圧器コアの積層造形プロセス

出典: アディティブリサーチ

Fe-Si 電磁鋼板は変圧器用途でよく使われる材料です。ノーステキサス大学とティムケンのチームは、LPBF を使用して Fe-6.5wt% 合金を調製するプロセスの最適化を検討しました。

この研究では、シリコン含有量が 6.5 wt.% の Fe-Si 電磁鋼のガスアトマイズ粉末の平均粒子径は約 30 μm でした。 D10、D50、D90はそれぞれ17、26、47 μmです。

図1. Fe-6.5wt%Si粉末分析。 (a) レーザー回折法で測定した粒子サイズ分布。 (b) 粉末粒子の球状形態を示すSEM顕微鏡写真。
双方向レーザースキャン戦略、およびスキャンパターンは各連続スキャン層間で 67 度回転します。層の厚さはいずれの場合も40μmであった（図1）。基板としては、直径１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍのステンレス基板を使用した。

表1.最適化中の Fe-6wt%Si 試料の LPBF プロセスパラメータ。
標準的なトロイダル変圧器は、主に対称的な形状とコンパクトさにより、積層コアに比べて一般的に効率が高くなります。対称設計により漏れ磁束が低減され、効率が向上し、放出される電磁干渉が減少します。さらに、トロイダルコアの内部構造にスロットを挿入することで変圧器の効率が向上し、誘電体として機能して渦電流が減少し、全体的なパフォーマンスが向上します。本研究では、著者らは概念実証として、最適化された LPBF パラメータセットに基づいて複数のトロイダルコア設計と追加生産コンポーネントを提案しました (図 2)。スリットの設計はStornelliらの研究に基づいています。本研究で示されたスリット付きの新しいコア設計は、従来の技術では簡単に製造できないこと、そして AM 製造が破壊的な設計アプローチとして前進への道を提供していることは注目に値します。さらに、AM は電磁鋼板中の Si 含有量を増やして特性をさらに向上させる可能性を提供します。

図2. LPBF が製造したさまざまなデザインの Fe-6.5wt% シリコンコア。
最も高い相対密度を生成するクーポンとすべてのコア設計は、CM 炉設備を使用して 1150∘C で 1 時間アニール熱処理され、その後、その材料に推奨されているように Ar 雰囲気で炉冷されました。

図3.追加で製造されたサンプルの磁気特性を測定するために使用された VSM 装置の概略図。
コアの AC 磁気テスト用に社内セットアップが構築されました (図 4)。この装置の動作原理は、Rimal らによる以前の文献に基づいています。信号発生器、増幅器、オシロスコープ、電流プローブ、差動プローブで構成されています。各コアは電気テープで覆われ、その後、24 AWG (American Wire Gauge) 銅線の 2 つの巻線がコアの反対側に巻き付けられます。電気テープの目的は、電線の四角い端のエナメルコーティングが摩耗して芯線を介した短絡が発生するのを防ぐことです。 2 つの巻き線はそれぞれ 50 回巻き、均等な間隔で手作業で巻かれており、ワイヤーが緩んだりずれたりしないように十分な張力をかけられています。

図4. AM プリントコアの磁気特性をテストするための社内構築されたセットアップ。シンボルは、B: 磁化、H: 印加磁場、V: 電圧、t: 時間、N: 回転数、A: コア面積、I: 電流、l: コア設計によって提供される平均自由行程として定義されます。
信号発生器は、周波数 60 Hz の 5Vpp (ピークツーピーク電圧) 正弦波信号を生成するために使用されます。テストは、AC 電流がテストサンプルに対して同じ範囲のフィールド (H) 値を生成するように実施されました。信号は Denon DRA-800H ステレオレシーバー/アンプに送られ、信号が 40dB 増幅されました。アンプの出力は第 1 巻線のリードに接続され、電流プローブを使用してワイヤを流れる電流を測定します。差動プローブは、第 2 巻線の両端間に発生する電圧差を測定するために使用されます。両方のプローブからのデータは、Tektronix 3 シリーズハイブリッドオシロスコープを使用して同時に記録されました。図 4 に示すように、電流は磁場強度 (H、単位は A/m2) に変換され、電圧応答は磁束密度 (B、単位は T) に変換されます。コアは飽和に達するまで磁場にさらされます。テストの精度は、本研究で使用した 60 Hz 周波数での飽和磁束、保磁力、残留磁束の値が既知の市販のトロイダルコアを使用して検証されました。テストされた値は、既知のトロイダルコアサンプルのサプライヤー認定値の 5% 以内です。このアプローチは、確立されたセットアップの精度を検証するための信頼性が高く迅速な方法を提供します。

すべてのテストピースの相対密度を分析して、変圧器コアの最適な印刷パラメータを決定しました。すべてのサンプルの相対密度は、基準密度として 7.44 g/cm3 を使用して表 1 に示されています。最も低いレーザーフルエンスである 3.8 J/mm2 に対応する試料 (試料 #5 および 6) は相対密度が 97% 未満であり、これらの試料のレーザー処理パラメータの組み合わせでは材料を効果的に強化するには不十分であったことを示しています (表 1)。レーザーエネルギーが4.7～5.4 J/mm2の範囲で増加すると、相対密度は通常≥99%になります（表1）が、サンプル＃3の相対密度は96.1%です。レーザー出力とスキャン速度の組み合わせにより、同様のエネルギーが生成されますが、材料内で異なる熱力学的効果が生じ、パフォーマンス応答が変化する可能性があります。サンプル #3 は、5.1 J/mm2 のレーザーエネルギー (レーザー出力: 180 W、スキャン速度 900 mm/s) で処理され、レーザービーム直径 0.05 mm に対して、レーザートラックの重なり/影の間隔は 0.06 mm になりました。レーザートラックの重なり合いが高度になると、溶融プールの局所的な蒸発が起こり、その結果、気孔が生じ、密度が低下する可能性があります。レーザーエネルギーが 5.4 J/mm2 を超えると、サンプル #1 と 2 の相対密度は 98% を下回ります。両方の試料は、7.6 J/mm2のレーザーフラックス（レーザー出力：180 W、スキャン速度：600 mm/s、スキャンピッチはそれぞれ0.06 mmと0.08 mm）で処理されました。これは、現在の研究で検討された最高のレーザー出力と最も遅いスキャン速度に相当します。このレーザー加工条件の組み合わせは、溶融プールの蒸発によって駆動される対流支配のレーザー-材料相互作用を伴うキーホールモードを生成することが報告されている[21]、[36]、[38]。進化した鍵穴型の溶融プールは、蒸発した物質を細孔の形で閉じ込め、相対密度を低下させます。レーザー処理パラメータの関数としての相対密度のこのような傾向は、LPBF で生成された鉄含有材料の場合に以前にも報告されています。表1の相対密度データに基づいて、相対密度が最も低い94.5％のサンプルのうち、相対密度が最も高い99.5％のサンプル＃4とサンプル＃6を代表サンプルとして選択し、スライスしてキーエンスレーザー顕微鏡で観察しました。

試験片＃4は気孔と亀裂が最も小さく（図5（a））、試験片＃6は欠陥の割合が高い（図5（b））。サンプル #6 の多孔性は非球形の形態であり、LPBF で製造された材料の融合不足と不完全な固化を示しています。サンプル＃6の1200 mm/sという高いスキャン速度（180 W、ハッチ間隔0.08 mmとの組み合わせ）は、3.8 J/mm2という最も低いレーザーフルエンスと関連しており、これは前の段落で説明したように、融合欠陥が生成されなかったことに起因します。

図5. (a) サンプル #4 と (b) サンプル #6 の断面のレーザー顕微鏡画像。
微小亀裂や多孔性などのプロセス欠陥構造は、材料の磁気応答に影響を与えます。これらの欠陥は、磁壁の動きのピーニングサイトを構成します。同時に、この欠陥により材料全体の抵抗率も増加しますが、これは実際には渦電流損失を低減するための軟磁性材料の要件です。しかしながら、ランダムに生成された欠陥構造は、軟磁気応答および機械的特性の合理的な劣化に影響を与えるため、望ましくありません。これらの事実は直感的に知られていますが、微小亀裂と多孔性が軟磁性特性に与える影響に焦点を当てた体系的な実験的および/または計算的研究は、公開文献ではほとんど見られません。たとえば、Yan らによる最新の研究の 1 つ。埋め込み原子法を用いて、純鉄膜の磁歪と磁気モーメントに対する亀裂の影響を研究した。結果は、亀裂に対する印加磁場の方向が材料の反応に影響を及ぼすことを示しています。亀裂が印加された電界と平行である場合、材料は容易に磁化されます。さらに、欠陥間の間隔も磁化応答を決定する役割を果たします。欠陥間の間隔が狭いと、磁化プロセス中に欠陥間の相互作用が発生します。しかし、十分に強い磁場を印加すると、亀裂欠陥の方向性や間隔に関係なく、材料の飽和を達成できます。これを考慮して、最適なレーザーエネルギー（表1）と、ほぼ完全な密度とほぼ欠陥のない製造の光学観察結果（図5（a））に基づいて、サンプル＃4をさらに詳細な分析のために選択しました。サンプル #4 の相と微細構造の進化、および磁気特性への影響が、AM 印刷およびアニーリング条件下で調べられました。

サンプル#4のアニール処理の前後に存在する相を調べるために、XRDを実行しました。 AM プリントされたサンプルとアニールされたサンプルの両方で、α-FeSi 相のピークが示されました (図 6)。 AM 印刷されたサンプルの場合、AM 中の急速な冷却速度により、構成する Si 原子の拡散が抑制され、秩序だった B2/DO3 相が形成されました。対照的に、AM 印刷されたサンプルの従来のアニーリングでは、処理に伴う熱力学が遅いため、B2/DO3 などの秩序相が形成される可能性があります。アニーリングプロセス中の炉のゆっくりした冷却（数時間にわたる）中の 650 °C 未満の温度により、Si 原子が拡散し、秩序だった B2/DO3 に進化するのに十分な時間が確保されます。 XRD では検出限界内で α-FeSi 相の存在のみが示され、次のセクションで説明するように、アニール後でも秩序化した B2/DO3 相は検出されませんでしたが、TEM 回折パターンでは秩序化した相の存在が確認されました。現在の作業は、プロセスパラメータを最適化し、概念実証として一連のコア設計を提供することに重点を置いています。次のステップとして、AM 印刷されたままのサンプルとアニールされたサンプルの粒子構造の進化を調査しました。

図6.アニーリング前後のサンプル#4のXRDスペクトル。
図 7 と 8 の EBSD データは、それぞれ AM プリントされたサンプルとアニールされたサンプルの BD に沿った粒子の結晶学的および形態学的配向に関連する情報を示しています。 IPF マップとテクスチャマップは、AM 印刷サンプル内の柱状粒子の進化が、001 繊維テクスチャと BD に沿った柱状形態によって特徴付けられることを示しています (図 7)。この明確な粒構造の変化は、溶融池内の急速な熱勾配と急速な凝固速度の分布、および bcc 材料内の 001 の熱伝導方向と関連しており、その結果、001 繊維組織を持つ明確な柱状微細構造が形成されます。複数の AM 堆積層を通じた拡張柱状粒子の全体的な発達は、以前に固化された層が部分的に溶融したときに発生し、現在の層の堆積によって準エピタキシャル粒子の成長が引き起こされ、001 繊維凝固組織が生成されます。さらに、柱状結晶粒には結晶粒内の配向のずれが見られる（図 7 の IPF マップ）ことから、残留応力が存在することがわかります。

LPBF ベースの製造技術に関連するほぼ非平衡の熱力学により、材料が急速な加熱/再加熱と冷却サイクル (104∘C/s) にさらされ、残留応力が発生する可能性があります。より詳しく言えば、レーザーを使用した積層造形は、本質的にはマルチトラック、マルチレイヤーのプロセスです。粉末状の材料は急速に加熱され（>103℃/秒）、続いて溶融し、同様に急速に冷却されます（>103℃/秒）。仮想位置の統合後、対応するレイヤーの最後のレーザートラックのスキャン中に統合された材料に加えて、追加のレーザートラックが特定のレイヤーで処理されます。さらに、部品全体を作るために、上に複数の層が追加されます。このマルチトラック、マルチレイヤープロセスにより、複数の加熱/再加熱および冷却サイクルが発生します。マルチトラック、マルチレイヤー LPBF に関連する温度の時間的および空間的な変化が本質的に急速であるため、付加的に生成された材料に熱残留応力が生じます。凝固中に生成される熱残留応力に加えて、溶融温度以下に急速に冷却される際に、さまざまな種類の冶金固体相変態によって凝固材料に熱応力が誘発されることもあります。残留応力の特徴は、図 7 の AM 印刷サンプルの IPF マップで観察される粒内配向ずれとして示されています。

図7. AM で印刷されたサンプル #4 の IPF およびテクスチャ画像。構築方向に沿った柱状粒子の形態と 001 凝固テクスチャの変化を示しています。柱状の粒子は複数の AM 印刷層にまたがって広がっており、単層の厚さは 40 μm です。
図8.サンプル #4 のアニーリング後の IPF およびテクスチャ画像では、粒子サイズが数ミリメートルのオーダーであることがわかります。
対照的に、熱処理されたサンプルでは、大幅な粒成長が見られました（μm から mm スケール、図 8 の IPF マップ）。注目すべきは、粒子内に粒子方向のずれがないように見えることです。これは、アニーリング処理中に応力が解放され、熱によって粒子が成長したことの兆候を示唆しています。熱処理された AM サンプルの粒子が非常に大きいため (図 8)、EBSD 分析のために可能な限り低い倍率で大面積をスキャンしても、明確な結晶構造の発達を確認できなかったことに注意する必要があります。

AM プリントおよび熱処理された AM サンプルに対して、さらに詳細な TEM ベースの微細構造/相分析が実行されました。 AM 印刷されたサンプルの粒子は、高い転位密度と亜粒界の存在を示しました (図 9)。繰り返しになりますが、これらの特徴は、前述したように、LPBF ベースの AM に関連する急速な熱ダイナミクスに固有の予想される大きな熱応力により、大きな格子歪みが存在することを示しています。さらに、AMプリントされたサンプルではα-FeSi相の存在が示された（図9（a））。 AM 印刷されたサンプルをアニールした後、粒子の転位密度が大幅に減少し、応力が緩和されたことが観察されました (図 9(b))。 TEM観察中に観察された超格子反射（図9(b)）は、AM印刷されたFe-6.5wt%Si材料のアニールプロセス中に形成されると予想されるB2/DO3相の一致回折スポットに対応しています[41]。 DO3相のB2/020点の010点から撮影したDF像は、微細ドメインの構造を示している（図9(b)の挿入DF像）。 AM プリントされたサンプルとアニールされたサンプルのこのような明確な微細構造の違いは、次のサブセクションで説明するように、これらのサンプルの磁気応答に反映されると予想されます。

図9. AM プリントされた Fe-6.5wt.%Si #4 の TEM 分析。 (a) インセット (b) では、AM 印刷サンプルの BF 像に、転位のないマトリックスを示す α-FeSi 相の転位コントラストと SADP パターンが示されています。右上隅の挿入図は、超格子 B2/DO3 スポットを持つ SADP を示しています。右下の挿入図の DF 画像は 010 B2/020 DO3 ポイントから取得され、微細な特徴が明らかになっています。
VSM 実験は、ビルド BD を適用磁場に対して垂直および平行にして、熱処理の前後で AM 印刷サンプル #4 に対して実行されました。

まずAMプリントを分析します（図10（a））。 BDが磁場に対して垂直および平行の場合、Ms値はそれぞれ188および197 A.m2/kgです。印加磁場に対してAM、BD法線、平行として印刷されたサンプルのHci値は、それぞれ178 A/mと165 A/mです。 BDが印加磁場に対して垂直および平行の場合、Mr値はそれぞれ0.08および0.11 A.m2/kgです。 AM で製造されたサンプルの異方性が数値の違いの原因です。

AM印刷試料の磁化率（χm）にも同様の異方性が観察された（図10（a））。このような応答は、BD に沿った軟磁気特性が比較的良好であることを示しています。サンプルを BD に垂直な磁場でテストした場合、柱状微細構造が異なるため、捕捉された粒界の割合が高くなりましたが、磁場が BD に平行な場合は、印加磁場によって捕捉された粒界の割合がはるかに低くなりました。粒界は磁壁の動きを制限し、材料の磁化と消磁を困難にすると考えられます。

図10. AM プリントされた Fe-6.5wt.% Si サンプル #4 の MH 曲線。 (a) AM 印刷したままの状態、(b) AM 印刷後に Ar 中で 1150 °C で 1 時間アニールし、その後炉で冷却した状態。
AMプリントされたサンプル#4をアニールした後、この異方性は大幅に最小化されるか、ほぼ排除されたように見えます（図10（b））。 BD のテスト方向に関係なく、Ms は約 190 A.m2/kg です。サンプルを 1150°C で 1 時間アニールした後、炉で冷却すると、テストした方向に関係なく、AM 印刷の Hci 値がほぼ半分の 90 A/m に低下しました。 Mr値は0.05A.m2/kgです。 6.0～6.5×10−4m3/kgの焼鈍範囲では、χm値は比較的均一になります。

焼鈍後のHci値の低下（図10(a)および図10(b)）は、応力緩和と結晶粒の粗大化によるものです（図7、図8）。ヘルツァー氏によると、大きな粒子構造（長さスケールはミリメートル）により、磁場を印加する際にドメイン壁が粒界の形で頻繁に電位障壁に遭遇することがないため、磁気特性が向上するという。

さらに、応力緩和されたサンプルには内向きのミスオリエンテーションがないため（図8（b）および9（b））、磁化が容易になり、軟磁気特性が向上します。さらに、焼鈍処理後の秩序相ドメインの形成により、FeSi 電磁鋼の軟磁気特性が向上することが報告されています。したがって、焼鈍中の応力緩和、結晶粒の粗大化、および相変化の複合効果により、AM で製造された Fe-6.5wt%Si 電磁鋼の等方性軟磁気応答が向上します。これらの調査結果は、コアの形でコンポーネントレベルの評価にさらに反映されました。さらに、コアをテストして、設計が磁気応答に与える影響を調べました。

さまざまなスリットパターンを導入した後、積層造形されたコアの断面積は、完全な固体（6.35 mm2）から星型設計（3.25 mm2）までの範囲で変化しました（図2）。 AM で製造されたコアは、試験片と同様に、AM 印刷されたままの状態 (図 11(a)) とアニールされた状態 (図 11(b)) でテストされました。まず、AM印刷条件の場合、ソリッドコアのBH曲線は、典型的なS字型のヒステリシス曲線に関連するスリット付きコアと比較して、曲線が広い楕円形をしているように見えます（図10（a））。固体コアの BH 曲線の幅広い性質は、磁化 - 消磁サイクル中のエネルギー損失が大きいことを示しています。スリットの導入により、BH 曲線の下の領域が明らかに減少し、パフォーマンスが向上します。一般的に、AM で製造されたコアをアニールすると、対応する AM 印刷サンプルと比較して、BH 曲線のサイズが小さくなり、飽和磁束 (Bs) が増加します (図 11(B))。アニーリング後も、スリット設計コアはより狭い S 字型の BH 曲線を示し続けます。一方、固体コアの BH 曲線は、H 軸上で同様の切片を持ち、楕円形を維持しながら、B 軸に沿って拡大するように見えます。 AM 製造コアの軟磁気応答に対する設計とアニール処理の影響についてさらに定量的な詳細を得るために、Bs、保磁力 (Hc)、残留磁束密度 (Br)、コア損失の値を BH 曲線から抽出し、コア断面積の関数として表しました。

図11. (a) AM印刷後のコアと(B) 1150℃で1時間アニールしたAM印刷コアのBH曲線。
Bsは、AMプリントコアの断面積の関数として明確な傾向を示さずに、0.25～0.35 Tの狭い範囲で変化するようです（図12（a））。アニーリング後、飽和磁束（0.40～0.50 T）は、対応する AM 印刷条件と比較してすべてのコアで増加しましたが、断面積の関数としての傾向は観察されませんでした。一方、スリット入りのAMプリントコアのHc値は、ソリッドのAMプリントコアの値よりも大幅に低い（図12（b））。アニーリング処理により、対応する AM 印刷条件と比較して Hc が低下することが示され、軟磁気特性が改善されることがわかります。 AM印刷条件下でのスリット設計のコアの場合、断面積の増加とともにHcはわずかに減少するように見えます（図12（b））。アニール後、断面積が最小の星型設計（3.25 mm2）は、テストしたすべての設計の中で最も低いHc値を示しました（図12（b））。この動作は、微細構造の進化に基づいて説明できます。 AM 印刷されたサンプルは BD に沿って 001 凝固組織を持つ柱状粒子を発達させたため (図 7)、壁が薄いコア (例: 開始設計、図 2) は AM プロセス中に冷却が速くなり、断熱性が低下することが予想されます。この場合、粒子はより細かくなります。数百μmの粒径範囲では、比較的微細な構造によって保磁力が高くなることはよく知られています。しかし、焼鈍後、粒径は数ミリメートルの範囲で増加しました（図8）。このような大きな粒子は、コアの壁の厚さ全体を占めると予想されます。したがって、粒径が mm の範囲で増加すると、材料の Hc が大幅に低下することが予想されます。その結果、すべてのコアは、対応する AM 印刷条件と比較して、アニール時に Hc の減少を経験しました。したがって、有効断面積が最小の星型設計では Hc 値が最も低くなるため、断面積の影響または減少は明らかです。一般的に、AM印刷サンプルのBr値は、対応するアニールサンプルのBr値よりも低くなります（図12（c））。焼鈍したサンプル中の Br の増加は明らかであり、BH 曲線の狭まりは焼鈍後の軟磁気特性の改善を示しています。これらの結果は、VSM からの観察結果を補完するものです (図 10)。

図12. AM プリントコアとアニールされた AM プリントコアの BH 曲線から抽出された特性。断面積による (a) 飽和磁束、(b) 保磁力、(c) 残留磁束、および (d) コア損失の変化を示しています。
AMプリントおよびアニールされたコアのコア損失は、BH曲線内の領域から推定されました（図12（d））。ソリッドコアの場合、アニーリング後にコア損失が増加するようです。前の段落で述べたように、固体コアのBH曲線は、H軸上で同様の切片を維持しながらB方向に拡大しており、リングで囲まれた領域が拡大していることを示しています（図12（d）の挿入図）。コア損失は、次の2つの競合する要素から構成されます。

ヒステリシス損失は粒径の平方根に反比例します。粒径が大きいため、磁壁が妨げられることなく移動できます。したがって、粗粒材料はヒステリシス損失が低くなります。一方、渦電流損失は粒径の平方根に比例します。粒径が大きくなると粒界面積が減少し、AC 電界を印加した際の誘導渦電流に対する抵抗が低下します。したがって、粗粒の材料では渦電流損失が高くなります。

今回のケースでは、焼鈍後に粒径が大幅に増加しました（図8）。さらに、固体コアの場合、粒成長は 1 cm3 の試験片の場合に観察される粒径を超えることもあります。このような粗い微細構造では、渦電流損失成分が高くなり、ヒステリシス損失が低くなる可能性があります。その結果、固体AM印刷サンプルのBs値はアニール処理後に増加しました（図12（a）および（d）の挿入図）。一方、保磁力は同様の割合で減少しなかった（図12（b）および（d）の挿入図）。アニール後の固体 AM プリントコアの高 Bs と高 Hc の組み合わせにより、AM プリント直後の状態と比較してコア損失が増加します (図 12(a)、図 12(b)、図 12(d))。

一方、さまざまなスリットパターンを持つ AM プリントコアのコア損失は、ソリッドコアの約 5 倍低くなります。また、焼鈍後のコア損失はわずかに減少しており、スリット入りコアでは軟磁気特性がさらに向上していることがわかる（図12（d））。現在の研究に適したスリット設計の AM プリントコアの壁の厚さは 1 mm 程度であるため、固体の AM プリントコアと比較して、アニーリングプロセス中の粒子の粗大化が制限されます。したがって、焼鈍スリット設計のトロイダルコアは優れた軟磁気特性を備えています (図 12)。全体的に、テストしたサンプルの中で、アニールされた状態のスターデザインコアは、適度に高い Bs、最低の Hc、低い Br、および最低のコア損失の最適な組み合わせを提供します (図 12)。

本研究では、Fe-6.5wt%Si変圧器鋼のLPBF製造を検討した。製造を最適化するために、さまざまなプロセスパラメータが検討されました。レーザー出力 180 W、スキャン速度 900 mm/s、スキャンピッチ 0.08 mm、層厚 40 μm (粉末の D50 と平均粒子サイズ 26 μm と 30 μm に基づく) で、相対密度が最高 99.5% になりました。 AM 印刷されたサンプルでは、主に BD に沿って 001 繊維テクスチャの変化が見られました。 AM 印刷されたサンプルには、数百 μm 単位の粒子が見られました。 AM 印刷されたサンプルを 1150∘C で 1 時間アニールした後、粒径は数ミリメートルに粗大化しました。アニーリング後、α-FeSi マトリックス内に秩序だった B2/DO3 相が形成されます。

応力緩和、結晶粒粗大化、相進化の組み合わせにより、方向性異方性がほぼ解消され、材料の Hci が約 50% 減少し、軟磁気特性が向上したことを示しています (AM 印刷サンプルの Hci はそれぞれ 178 A/m と 165 A/m で、アニール時の 90 A/m と比較して向上しました)。断面積の異なるさまざまなコア設計が製造されました。アニール処理により、対応する AM 印刷条件と比較して、Bs が増加し、Hc、Br、コア損失が減少するという点で、コアの軟磁気特性が向上しました。テストしたサンプルの中で、アニール状態のスター設計コアの断面積は 3.25 mm2 と最も小さく、軟磁気特性の最適な組み合わせを示しました。具体的には、スター設計の Bs は 0.42 T、Hc は 65 A/m、Br は 0.27 T、コア損失は 111 でした。 J/m3。ちなみに、焼鈍処理した固体コアの Bs、Hc、Br、コア損失はそれぞれ 0.41～0.46T、375～410A/m、0.38～0.45T、631～632J/m3 の範囲でした。本研究は、AM が新しい設計戦略を実装してソフト磁性トロイダルコアの性能を向上させる能力を実証しています。

関連論文
Fe-6.5 wt.%Si 変圧器鋼トロイダルコアの積層造形: プロセス最適化、設計面、および性能

関連リンク
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.112883

Fe-Si変圧器コアの積層造形プロセス

Snapmakerが2023年のレッドドット賞とiFデザイン賞を受賞

2022年グローバル3Dプリンティング医療機器市場分析レポートの概要

航空宇宙および車両工学におけるアルミニウムを原料とする積層造形技術の応用

エンビジョンテックと日本のリコーが協力し、デスクトップメタルが中部大西洋岸で販売開始

599元の価格は、HALS高速光硬化3Dプリント技術の頸部マッサージ器が人気です

複雑な形状と制御可能な変形を備えたハイドロゲル構造の3Dプリント

ドイツ企業が使い捨て3Dプリンターの特許を取得

スペインのBQがAndroid搭載3Dプリンターを発売、携帯電話制御の時代が到来か？

タングステン切削工具を製造するためのハイブリッド3Dプリント法：連続プロセス生産を可能にし、高速かつ省力化を実現

技術的な困難を克服し、新京河は純粋なタングステン材料の印刷を実現

推薦する

ガラスのような透明性を実現できる新しい3Dプリントフィラメント

新しい研究によると、微生物と3Dプリント技術を組み合わせることで、人類が月や火星に植民地を建設するのに役立つ可能性があるという。

チェコのデザイナーがリサイクル可能な素材を使ってコーヒーテーブルを3Dプリントし、アートと持続可能なコンセプトを融合

金属3Dプリント技術は、自動車や建設などの資源集約型産業の持続可能な開発に向けた変革を促進します。

バインダージェッティングメタル 3D プリント: デスクトップメタル、HP、Markforged

「ソフトロボット」部品を作るための動的ハイドロゲルを3Dプリント

同利レーザーは、積層造形における大型部品の高速ブランキングと成形の問題を解決するために、第8世代の同軸ワイヤ/粉末供給レーザーヘッドを発売しました。

シーメンスNXコンバージェントモデリングが新たな設計のブレークスルーを実現

ドイツの素材大手コベストロが新たな3Dプリント素材研究所を建設

6つの大学が共同でマグネシウム合金ジャーナルのレビューを発表：マグネシウム合金積層造形の最新の進歩と展望

4月26日武漢セミナーの登録：HPのカラーナイロン3Dプリントがアジアでデビュー

デスクトップメタル、生産システムP-1でプラチナ認証を取得

低濃度、高性能、ナノ圧電複合材料の3Dプリンティングのブレークスルー

95万ドル！ロソティクスの電磁誘導金属3Dプリンターはシーメンスと提携し、最大6メートルの大きさの印刷が可能

学校、中小企業向け3Dスキャナー