挣脱模具与材料枷锁：3D打印如何重构下一代电机研发与量产逻辑

NE时代新能源阅读: 3782更新于: 2026-02-28 09:25:16

当传统电机制造被模具、周期、结构局限困住时，增材制造（3D打印）正以颠覆性姿态，为电机研发与量产打开了全新可能。3D打印技术可以彻底摆脱传统工艺的弯曲半径、模具限制，赋予电机研发极致设计自由度。

通过增材技术，可自由优化热性能、绕组拓扑、绝缘结构与导体布局，实现功率密度的大幅提升。无论是轴向磁通还是径向磁通电机，都能突破传统制造瓶颈，将冷却流道、高槽满率绕组、轻量化结构等复杂设计直接落地，让“设计即最优”成为现实。同时，3D打印还无需开模，直接砍掉模具成本与周期，带来更快的上市速度、更低的单件成本。

01.

Additive Drives 打印的Next-Pin绕组电机

近日德国电机创新公司Additive Drives获得丹麦私募股权基金Nordic Alpha Partners注资。这是一家专注于以3D打印技术开发高性能电机的企业，其致力于打造新一代可持续高性能电机，以3D打印+创新绕组+材料突破，成为定制电机全球领导者。当然Additive Drives并不局限于增材制造，而是以技术融合重构电机产业逻辑，用3D打印为全球电气化注入新动能。

Additive Drives针对电机核心导电部件（绕组、汇流排）采用高纯度铜3D打印，解决了传统制造中因折弯半径、焊接点带来的设计局限，实现近乎无限制的结构设计，同时让材料用量减少60%。其官网介绍3D打印电机原型可在4周内从设计到完成，大幅缩短开发周期，在另一个案例中，该公司宣称“只需几天”即可制造出一个Hair-pin绕组定子样件。

但其实3D打印方案并非完全替代传统制造，而是可与Hair-pin定子的传统折弯、焊接工艺兼容，兼顾创新与量产的灵活性，支持小、中、大系列的无缝切换。除核心产品外，Additive Drives还提及多种绕组技术，满足不同应用的性能和量产需求。

Wavewinding（波绕组）：适用于高转速、高功率密度场景，结构紧凑、焊点少、工艺稳定性高；

X-Pin：缩短绕组头部长度，在相同空间内提升电机输出功率；

Next-Pin：融合绞线绕组（高转速优势）和Hair-pin技术（高铜填充率、易量产），降低交流损耗，兼顾性能与量产；这些技术均可通过3D打印实现设计优化，且可根据场景灵活切换。

针对行业比较前沿的技术方向比如相变冷却、槽间冷却、轴向磁通电机。Additive Drives在这方面也都有相关研究，这其中的相变冷却（蒸发冷却）可将电机的性能发挥到极致，该冷却系统利用特殊冷却介质的高汽化焓，可实现60 kW/L的散热率。

冷却介质的物理特性使其能够直接冷却定子绕组，从而获得最佳的传热系数。如果在相变过程中引入热量，冷却介质的温度不会进一步升高，因此电机始终在最高120°C的温度下运行。电机的持续输出功率与其最大输出功率相符，不会发生降额运行。此前我们也做过相变冷却相关的技术内容详情可以点击链接查看。（“直触+相变”凌昇动力的直触式蒸发冷却电驱方案）

02.

Drive13铝基3D打印

来自比利时的Drive13公司，凭借三十余年电机研发的深厚积淀，将3D打印技术与铝基材料深度融合，重塑了下一代电驱电机的设计与制造逻辑，实现了无铜、高功率密度、可持续电机的技术突破。

Drive13的核心发展理念始终围绕可持续材料展开，这也是其定义下一代电驱电机的关键——下一代电机必须实现更轻、更经济、更高效率，而可持续材料正是实现这一目标的核心支撑，铝的原子序数为13，这便是Drive13中“13”的由来，铝基材料成为其技术体系的核心载体，从电机绕组、磁体（如铝镍钴磁体）到热管理部件（如冷却套），铝的应用贯穿电机核心部件的设计与制造，其核心部件研发均围绕可持续性展开，绕组采用铝基替代传统铜材，磁体选用铝镍钴等低稀土依赖材料，热管理部件通过3D打印实现一体化设计，所有核心研发都指向摆脱对铜、钕等关键稀缺原材料的过度依赖并实现性能升级的目标。

绕组作为电机核心部件，其设计制造直接决定电机效率、损耗与重量，传统铜绕组在高频场景下存在工装模具成本高、定制化难度大、涡流损耗严重且分布不均、电机重量难以轻量化等痛点，而这正是Drive13铝基3D打印绕组的创新切入点，通过精准优化绕组结构，Drive13打造了成型轮廓绕组、高填充线圈、混合线圈三大核心设计，其中成型轮廓绕组可大幅降低高频场景下的损耗，适配高频电机需求，高填充线圈能提升槽填充率，优化空间利用、降低损耗并提升散热效率，混合线圈（半绞合铝线圈）作为核心设计，在1kHz高频场景下损耗降低30%、重量减轻70%，彻底解决传统铜绕组的两大核心痛点。

此外，Drive13还开发了绕组3D设计链式工具，支持发卡绕组等主流类型的个性化设计，提升铝基绕组设计与制造的灵活性，适配不同场景、不同功率的电机研发需求。很多人会疑问铜的导电性能优于铝，为何Drive13执意用铝替代铜做绕组，答案在于高频电机场景下铝的综合性能远超铜——铜的导电优势仅在直流场景下凸显，高频场景下电流产生的集肤效应会让其导电优势无法发挥，反而产生更大交流损耗，而铝的交流损耗远低于铜，搭配Drive13的3D打印优化设计，铝基绕组在高频场景下的导电效率实现对铜基绕组的反超，此外，3D打印铝基绕组还具备更高设计自由度、零工装成本、温度分布更均匀、制造成本更低、电机重量更轻、运行效率更高六大核心优势，使其在高频高功率密度场景下成为最优解。

当然Drive13的技术创新并非局限于绕组，同样也是围绕电机全部件展开协同创新，从磁体、热管理到电气绝缘，每一个核心环节都实现针对性技术突破，最终打造出一体化铝基3D打印电机，实现性能全方位升级。

在磁体研发上，Drive13提出“强磁体并非最优，适配温度的磁体才是最优解”的理念，研究超过80种磁体等级，根据电机实际应用场景选择对应磁体材料，战略性使用稀土元素，既保证磁体性能与场景匹配，又降低对稀土的依赖，实现磁体绿色化与可持续化。

在热管理方面，通过3D打印打造被动换热器+直接冷却通道的一体化方案，冷却通道与电机核心部件一体化成型，让散热更直接高效，使电机能承载两倍于传统电机的电流，同时整体重量减轻一半，3D打印空心线圈的电流密度更是达到50-75A/mm²，远超传统电机，大幅提升功率密度。

在电气绝缘上，延续“先成型、后涂层”工艺逻辑，在3D打印完成的裸线圈上直接施加绝缘涂层，无需二次加工，从根源避免绝缘层损伤，该方案耐温可达260℃、绝缘性能出色、涂层厚度可灵活调节、耐化学性强且制造成本低，经耐久性测试，其3D打印铝线圈在20kHz高频、70ns上升时间的极端条件下仍无局部放电现象，稳定性远超传统工装线圈。

再好的技术也需实际应用验证，Drive13将3D打印铝基电机技术应用于赛车电机和高空线圈两大高要求场景，凭借惊艳实战表现证明了工业级落地能力；在赛车电机领域，Drive13为赛车打造永磁同步电机（PMSM），将3D打印铝基绕组集成到闭口槽定子中，无需二次加工，使电机槽填充率超过80%、定子重量减轻超过35%，既提升效率与轻量化水平，又增强结构稳定性，适配赛车高频、高负荷运行需求，该技术还可延伸至航空航天等高端领域；在高空线圈场景下，针对30000英尺高空空气击穿电压降低、电机高频运行损耗控制要求高的难题，Drive13设计轴向磁通电机，采用铝外壳、3D打印永磁体与定子线圈一体化设计，内置冷却通道提升散热与绝缘性能，优化绝缘材料减少局部放电、提升起始电压，打造无空隙绕组结构解决高空绝缘难题，其定制化3D打印铝线圈在0-2000Hz全频率段功率损耗均低于YASA线圈与传统铜线圈，完美适配高空设备需求。

03.

甬江实验室的3D打印绕组

国内方面，甬江实验室先进电驱系统研究中心以《基于增材制造技术的电机异形绕组及其集成冷却构型的最新研究进展》为题，在交通电气化领域的国际顶级期刊IEEE Transactions on Transportation Electrification发表长篇综述论文，全面总结了电机异形绕组的增材制造技术、打印材料、后处理工艺和绝缘方法，和异形绕组在损耗抑制和增强散热方面的应用案例及实现效果，并展望异形绕组及其高效冷却技术的未来发展。

其3D打印的绕组同样也可以做成空心油道的形式，让冷却液穿过绕组内部带走热量。或者嵌入热管，让热量瞬间传导出去。这种散热方式比传统散热更为高效。在此篇综述论文中，科研团队系统总结了增材制造绕组设计的创新方法及其对电机性能的影响，对比分析了铜合金与铝合金的绕组材料优劣，为不同应用场景提供选型依据。此外，该团队还提出了混合设计和先进冷却技术的未来研究方向，为电机设计提供了理论和技术参考。