（二）磁体的增材制造：3D打印+拓扑优化=下一代电机
随着3D打印技术的发展，3D打印从打印电动机外壳，到定子绕组，到电动机，在获得不断的突破。本期针对磁体的3D打印，与网友一起来深入了解磁体3D打印的发展现状。
3D打印电机与电机市场
强韧的发展与活力
根据中国机电产品进出口商会，2021年，尽管全球疫情带来国际海运、原材料价格大幅波动，电力供应紧张等多重困难，我国电机行业以完整的供应链、庞大产能、效率与价格优势，仍展现出较强的行业韧性与活力，电机产品出口总额破200亿美元，创历年新高。受益于各国制造业明显恢复，国际市场需求普遍增长，2021年我国电机行业出口的持续增长，取得骄人的成绩。
在全球净零目标下，电机行业节能减排，绿色发展将是必由之路。2021年工信部、市场监管总局联合发布《电机能效提升计划（2021-2023年）》，明确提出到2023年高效节能电机产量达到1.7亿千瓦，在役高效节能电机占比达到20%以上。扩大高效节能电机绿色供给，拓展高效节能电机产业链，加快高效节能电机推广应用，推进电机系统智能化、数字化提升，将是“十四五”时期重点工作，电机能效提升将是大势所趋。2021年，我国电机产品出口最主要的依然为中小型电机，同时大电机、微电机、发电机组等出口额同比均实现两位数增长。
未来的驱动任务-无论是在工业领域还是交通领域-都对各个组件提出了很高的要求。基于传统的制造工艺，优化的几何形状通常是不可能的，结果是设计者在性能和效率上痛苦折衷，某种意义上电动机的经典制造工艺达到了极限。而另一方面，随着增材制造 (AM) 技术日趋成熟。尽管目前与传统生产方法相比速度较慢且可靠性较低，但增材制造系统在生产具有非常规拓扑优化（TO-Topology Optimization) 结构或小批量的零件时会大放异彩，这为电机的制造开辟了另外一条曲径通幽之路。
在增材制造电机方面，与无数其他研究团体一样，当前世界上的电机 (EM-electric motor) 研发团队已将大量精力转移到将 AM-增材制造 系统集成到 电机 生产周期中，以实施更强大、更高效的拓扑优化下一代电机。根据研究结果，3D打印-增材制造电机（EM）似乎只是时间问题。预测在未来几年内原型拓扑优化电机组件的3D打印将急剧增加，最有可能集中在3D打印机器绕组、热交换器和同步转子上。
从世界范围来看，根据3D科学谷的市场观察，推动3D打印用于新电力驱动的前沿研究正在形成多个发展趋势：一种趋势的代表案例是福特携手亚琛工大开发灵活而可持续的3D打印电动机零部件，其聚焦点是铜金属；一种趋势的代表案例是Fraunhofer IFAM或者是exone通过更为经济的打印方式所实现的新型电动机零件，其聚焦点是丝网打印或binder jetting粘结剂喷射3D打印；一种趋势的代表案例是英国制造技术中心MTC所致力的完全3D打印的电机，其聚焦点是产品重新设计；最后一种趋势的代表案例是保时捷与GKN所合作的Connactive 项目，其聚焦点是新材料与新设计的结合。
金属增材制造方面，对于电磁材料的 AM增材制造，四种类型的3D打印系统使用最多。这些3D打印系统包括粉末床熔化金属3D打印系统（包括电子束EB-PBF 和激光L-PBF 熔化）、粘结剂喷射 (BJ)金属3D打印、定向能量沉积 (DED) 金属3D打印和各种类似的基于挤出的方法（最常见的是熔融沉积建模——FDM）。
软磁材料的增材制造
软磁材料用于电机结构中用于磁场传导。该材料具有高磁导率（比真空高 103 倍）和窄磁滞回线（低矫顽场）：材料循环磁化所需的能量最小。对于电力设备，这些材料的三个最重要的特性是低功率损耗（高效率）和低材料价格点的高饱和极化（高功率密度）。
软磁材料种类繁多，成本和性能差异很大，对于低开关频率应用（50-60 Hz），这些特性之间的最佳平衡可以在结晶硅钢合金中找到。在更高 (kHz/MHz) 的工作频率下，非晶和纳米晶材料在损耗方面要优越得多，它们的成本更高。在更高的功率密度至关重要的领域（例如，航空航天），钴基合金是经常使用的材料。
无论是通过减材还是增材制造，实现用于电机应用的高性能软磁材料在技术上都具有挑战性。首先，合金主要由具有高熔点和硬度的铁磁过渡金属（Fe、Co 和 Ni）组成，这使得它们的铸造、CNC机加工或3D打印变得复杂。
其次，它们的磁特性在很大程度上取决于材料结构：例如，晶体结构、元素组成以及材料中存在的任何残余应力或杂质。由于测试样品设计和测量方法的显着差异，研究人员获得的软磁材料特性的比较也很复杂。
软磁材料的多样性：在成本（a）和磁性（b）方面比较常见材料
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