- IMDEA Materiales participa en un estudio que utiliza la impresión 3D para mejorar la eficiencia de los motores eléctricos.
- Nuevos parámetros de impresión 3D permiten fabricar un vidrio metálico con prestaciones superiores a los materiales existentes.
Investigadores del proyecto europeo AM2SoftMag han desarrollado un nuevo vidrio metálico de base de hierro que puede dar lugar a componentes impresos en 3D que permitan fabricar motores eléctricos más eficientes.
La nueva aleación, diseñada por investigadores de la Universidad del Sarre en Alemania (UdS), está libre de elementos críticos con fuerte impacto social como el cobalto y con cadenas de suministro inestables como las tierras raras. Además, puede ser impresa en 3D en un estado completamente amorfo y con densidad superior al 92%, lo cual le confiere propiedades magnéticas excepcionales.
El avance, publicado recientemente en Acta Materialia, promete mejorar la eficiencia energética en el sector del transporte eléctrico.
Los vidrios metálicos de base hierro destacan por sus excelentes propiedades magnéticas blandas, que reducen significativamente tanto las pérdidas de energía por corrientes Eddy, que dan lugar a un calentamiento innecesario de los componentes, como las pérdidas magnéticas.
Sin embargo, su fabricación mediante LPBF solía provocar la cristalización indeseada del material debido a los ciclos de calentamiento y enfriamiento.
La nueva aleación, que contiene hierro, silicio, boro, niobio y níquel, presenta una resistencia a la devitrificación superior a la de los materiales comerciales actuales, alcanzando un espesor crítico de hasta un milímetro sin cristalizar, un valor casi 10 veces superior al de las alternativas comerciales.
La investigación demuestra que el uso de una estrategia de doble escaneo láser combinada con retrasos temporales permite fabricar componentes con una densidad superior al 92 % y una estructura completamente amorfa. Gracias a esta técnica, los investigadores también consiguieron una coercitividad magnética extraordinariamente baja, de tan solo 44 amperios por metro (A/m).
Estos valores sitúan al método entre los más eficaces desarrollados hasta la fecha para este tipo de materiales procesados previamente mediante impresión 3D.
En IMDEA Materiales, investigadores del grupo de Metalurgia Sostenible, liderado por la Prof. María Teresa Pérez Prado, optimizaron los parámetros de fabricación mediante LPBF. Además, los investigadores confirmaron mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica y tomografía de sonda atómica que los elementos químicos se distribuyen de forma completamente aleatoria en la estructura, garantizando propiedades mecánicas y magnéticas homogéneas en toda la pieza.
“Este nuevo diseño de aleación y su procesamiento optimizado mediante impresión 3D nos permite evitar la cristalización durante la fabricación”, explicó la Prof. Pérez Prado, una de las autoras de la publicación e investigadora principal en IMDEA Materiales.
“El resultado es un material con un comportamiento magnético excelente que en el futuro podría contribuir notablemente a mejorar la eficiencia de los motores eléctricos, disminuyendo notablemente el desperdicio de energía global”.
Los próximos pasos del consorcio, que además de UdS e IMDEA Materiales, cuenta con la participación del Instituto Nacional de Metrología de Italia, y la Universidad Técnica de Berlín, se centrarán en eliminar defectos y en escalar el proceso de fabricación y evaluar el rendimiento de estos nuevos materiales en prototipos reales de rotores y estatores para motores eléctricos de alta eficiencia.
Este trabajo se ha llevado a cabo en el marco del proyecto AM2SoftMag, financiado por el Consejo Europeo de Innovación (EIC) a través de la convocatoria HORIZON-EIC-2021-PATHFINDEROPEN-01 (GA: 101046870).