Pöörlevad elektrimasinad on tänapäeva energiasüsteemi üks aluseid. Elektrigeneraatorid toodavad pea kogu maailma elektrienergia ja elektrimootorid tarbivad sellest ligi poole. Nagu kõik teised elektriseadmed, lähevad masinad töö käigus soojaks. Liigne soojus aga on elektrimasinale kahjulik, mistõttu vajavad need efektiivset jahutust.
Kahjuks on traditsioonilised tootmismeetodid mootorite jahutite valmistamiseks ajale jalgu jäänud, mistõttu töötavad masinad soovitust kuumemana. Kui olete tõukerattaga mäest üles sõites tundnud end liiga aeglaselt liikuvat, või olnud pettunud tolmuimeja töövõimes, siis olete ka teie tunnetanud iganenud jahutusmeetodite mõju.
Oma doktoritöö raames töötan välja kihtlisandusmeetodil ehk 3D-printimise abil elektrimasinate jahutamist. 3D-printer loob ruumilise eseme tuhandetest õhukestest kihtidest ja seetõttu ei oma praktiliselt mingeid piiranguid keerukate struktuuride valmistamisel. Seetõttu võime näiteks tavapärase lihtsa jahuti asemel printida matemaatiliselt optimeeritud seadme, mis jahutab mootorit paremini ja mida ilma 3D-printerita valmistada ei saakski.
Inspiratsiooni võib leida loodusest, kus näiteks korallid on läbi pika evolutsiooniprotsessi jõudnud parima jahuti kujuni. Sarnaselt on võimalik ka elektrimootorit tõhusamaks teha.
Kõige jahedama mootori saame siis, kui jahutame mähiseid ehk masina sees olevat elektrijuhti, kus enamus soojust ka toodetakse. Moodne mähis ei pea enam olema ümmargune traat, mis on ümber mootori südamiku keritud. Puhast alumiiniumit ja vaske printides saame luua mähise, mis on samal ajal nii optimeeritud elektrijuht kui ka jahutuselement. Mähise võib printida ka seest tühjana, et sealt jahutusvedeliku abil soojust eriti tõhusalt välja võtta. Selliste mähistega mootor ongi võimsam, töökindlam ja ka energiaefektiivsem.
3D-printimine võimaldab ka eri füüsika valdkondi integreerida. Mootori rauast südamiku printimisel, saame korraga arvestada nii mehaanikat, elektromagnetismi kui ka soojusfüüsikat, et luua masin, kus kogu materjal on igast küljest optimaalselt ära kasutatud. Siingi on võimalik looduselt inspiratsiooni saada. Kuusnurkse mesilaskärje struktuuri abil saame luua masina südamiku, mis on kerge, mehaaniliselt tugev ja millest jahutav õhk saab vabalt läbi liikuda.
Kõiki neid ideid uuringi oma teadustöös, et demonstreerida 3D-prinditud jahutitega mootorite eeliseid ja tagada tulevik, kus mitte keegi ei pea ülekuumenevate mootorite tõttu kannatama.
Loe ka populaarteaduslikku artiklit, mille Martin Sarap konkursi raames kirjutas, vaata teiste finalistide lühiloenguid ja vali nende seast oma lemmik.
