Forscher und Start-ups entwickeln 3D-gedruckte Elektromotoren, die den Einsatz seltener Erden drastisch reduzieren
Mit 25 Millionen Euro an neuen Fördermitteln und innovativen 3D-Druckverfahren erreichen Forschende und Start-ups inzwischen 98 % Effizienz bei Elektromotoren - und senken gleichzeitig den Bedarf an kritischen und seltenen Mineralien deutlich.
Der Vorstoß, die Produktion von Elektrofahrzeugen von den volatilen Märkten für Seltene Erden zu entkoppeln, erhält durch den 3D-Druck einen neuen technologischen Impuls. Angetrieben von jüngsten Durchbrüchen des National Research Council of Canada sowie einer neuen Investition über 25 Millionen Euro in den Motoren-Start-up Additive Drives bewegt sich die Branche in Richtung Motordesigns mit Wirkungsgraden von bis zu 98 Prozent. Diese Fortschritte deuten darauf hin, dass die additive Fertigung der Schlüssel zur Absicherung der EV-Lieferkette sein könnte, indem sie den Bedarf an kritischen Mineralien deutlich reduziert oder sogar vollständig beseitigt.
In Kanada haben Wissenschaftler des National Research Council of Canada (NRC) einen Bericht über ihre Arbeit veröffentlicht, mit der sie ihre Arbeit zur Weiterentwicklung des Elektromotordesigns mithilfe von 3D-Druck und topologischer Optimierung vorstellen. Am NRC-Standort in Boucherville, Québec, nutzen die Forschenden das Kaltgasspritzen als additives Fertigungsverfahren, um Permanentmagnet-Komponenten mit komplexen Geometrien und hoher mechanischer Festigkeit herzustellen — ohne Montageaufwand und mit geringerem Einsatz von Seltenen Erden. Durch die Kombination von additiver Fertigung mit topologischen Optimierungswerkzeugen, die von Machine-Learning-Algorithmen gesteuert werden, entwickelt das Team Motorgeometrien, die leichter, kompakter und materialeffizienter sind.
Die Forscher erforschen auch alternative Magnetzusammensetzungen wie Samarium-Eisen-Stickstoff und Samarium-Kobalt, die bei hohen Temperaturen mit geringerer Abhängigkeit von der Seltenen Erde Neodym arbeiten können.
„Das Potenzial der topologischen Optimierung in Verbindung mit der additiven Fertigung ist enorm“, sagen die NRC-Forscher Jean-Michel Lamarre und Fabrice Bernier. Mit diesen Ansätzen können wir neue Motorgeometrien schaffen, die den Bedarf an Seltenen Erden deutlich reduzieren oder sogar eliminieren, die Herstellungskosten senken und das Leistungsgewicht und den Gesamtwirkungsgrad des Motors verbessern.“
Ihre Arbeit zielt nicht nur darauf ab, die Produktionskosten zu stabilisieren und den Materialverbrauch zu senken, sondern auch die Einführung fortschrittlicher Konstruktionsmethoden im Verkehrssektor und in der sauberen Technologie zu fördern.
Auf industrieller Ebene hat sich der deutsche Elektromotorenspezialist Additive Drives soeben mehr als 25 Millionen Euro frisches Kapital gesichert — vom Green-Industry-Investor Nordic Alpha Partners, der eine Minderheitsbeteiligung übernommen hat, sowie durch zusätzliche Mittel des bestehenden Investors AM Ventures. Das Unternehmen bringt hocheffiziente Elektromotoren auf den Markt, die mittels additiver Fertigung hergestellt werden und ohne den Einsatz von Seltenen Erden auskommen.
Die patentrechtlich geschützten 3D-gedruckten Motoren von Additive Drives bieten eine Energieeffizienz von bis zu 98 Prozent, was den Energieverlust im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen erheblich reduziert. Der Verzicht auf seltene Erden trägt nach Angaben des Unternehmens dazu bei, die mit der Versorgung verbundenen Risiken zu verringern und weitergehende Nachhaltigkeitsziele zu unterstützen. Mit der neuen Finanzierung plant Additive Drives, die Produktion zu steigern und in wachstumsstarke Anwendungen in Rechenzentren, Elektromobilität, fortschrittlicher Fertigung und anderen energieintensiven Sektoren zu expandieren. Das Unternehmen behauptet, dass es funktionierende Prototypen in etwa drei Wochen herstellen kann – eine Geschwindigkeit, die im Gegensatz zu den langen Vorlaufzeiten steht, die für die herkömmliche Motorenherstellung typisch sind.
Additive Drives gibt an, mehrere große Industriekunden zu seinen frühen Anwendern zu zählen und die Rentabilität von Anfang an aufrechtzuerhalten. Die Technologie von Additive Drives verstärkt die kommerzielle Dynamik von Elektrifizierungslösungen ohne den Einsatz von Seltenen Erden.
Zusammengenommen veranschaulichen diese wissenschaftlichen und kommerziellen Bemühungen ein entstehendes Ökosystem, in dem die additive Fertigung eine zentrale Rolle bei der Neugestaltung der Konstruktion von Elektromotoren spielt. Durch die Ermöglichung komplexer Geometrien, materialeffizienter Strukturen und einer geringeren Abhängigkeit von wichtigen Mineralien kann der 3D-Druck nach Ansicht von Branchenbeobachtern neue Leistungsgrenzen für elektrische Antriebe eröffnen und gleichzeitig widerstandsfähigere und nachhaltigere globale Lieferketten unterstützen.
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