Linearni motor izrađen 3D ispisom

U nastojanju da demokratiziraju proizvodnju složenih uređaja, istraživači MIT-a razvili su platformu za 3D ispis s više materijala koja bi se mogla koristiti za potpuni ispis električnih strojeva u jednom koraku.

Osmislili su svoj sustav za obradu više funkcionalnih materijala, uključujući električno vodljive i magnetske materijale, koristeći četiri alata za ekstruziju koji mogu obraditi različite oblike materijala za ispis.

Pisač se prebacuje između ekstrudera, koji nanose materijal istiskujući ga kroz mlaznicu dok izrađuje uređaj sloj po sloj.

Istraživači su koristili ovaj sustav za izradu potpuno 3D printanog električnog linearnog motora u samo nekoliko sati koristeći pet materijala. Trebali su izvesti samo jedan korak naknadne obrade da bi motor bio potpuno funkcionalan.

Sastavljeni uređaj radio je jednako dobro ili bolje od sličnih motora koji zahtijevaju složenije metode izrade ili dodatne korake naknadne obrade.

Dugoročno gledano, ova platforma za 3D ispis mogla bi se koristiti za brzu izradu prilagodljivih elektroničkih komponenti za robote, vozila ili medicinsku opremu uz puno manje otpada.

„Ovo je veliki podvig, ali tek je početak. Imamo priliku temeljno promijeniti način na koji se stvari izrađuju izradom hardvera na licu mjesta u jednom koraku, umjesto oslanjanja na globalni lanac opskrbe. Ovom demonstracijom pokazali smo da je to izvedivo“, kaže Luis Fernando Velásquez-García, glavni istraživač u MIT-ovim MTL laboratorijima  i viši autor rada koji opisuje platformu za 3D ispis, a koji se pojavljuje u časopisu Virtual and Physical Prototyping.

Za izradu električnog stroja, istraživači su trebali imati mogućnost biranja između više materijala koji nude različite funkcionalnosti. Na primjer, uređaju bi bio potreban električno vodljivi materijal za provođenje električne struje i tvrdi magnetski materijali za generiranje magnetskih polja za učinkovitu pretvorbu energije.

Većina 3D sustava za printanje s višematerijalnom ekstruzijom može se prebacivati ​​samo između dva materijala koji dolaze u istom obliku, poput filamenta ili peleta, pa su istraživači morali dizajnirati vlastiti. Nadogradili su postojeći pisač s četiri ekstrudera od kojih svaki može obraditi drugačiji oblik sirovine.

Pažljivo su dizajnirali svaki ekstruder kako bi uravnotežili zahtjeve i ograničenja materijala. Na primjer, električno vodljivi materijal mora se moći stvrdnuti bez upotrebe prevelike topline ili UV svjetla jer to može degradirati dielektrični materijal.

Istovremeno, električno vodljivi materijali s najboljim performansama dolaze u obliku tinti koje se ekstrudiraju pomoću tlačnog sustava. Ovaj proces ima znatno drugačije zahtjeve od standardnih ekstrudera koji koriste zagrijane mlaznice za prskanje rastopljenog filamenta ili peleta.

Istraživači su koristili strateški postavljene senzore i novi upravljački okvir tako da robotske ruke platforme dosljedno podižu i spuštaju svaki alat te se svaka mlaznica kreće precizno i ​​predvidljivo, što osigurava da se svaki sloj materijala pravilno poravnava, jer čak i mala neusklađenost može ugroziti performanse gotovog stroja.

Nakon što su usavršili platformu za ispis, istraživači su izradili linearni motor koji generira pravolinijsko gibanje. Linearni motori se koriste u primjenama poput robotike za postavljanje optičkih sustava i transportera prtljage.

Motor su izradili za oko tri sata, a nakon ispisa samo su trebali magnetizirati tvrde magnetske materijale kako bi omogućili punu funkcionalnost.

U budućnosti, istraživači žele integrirati korak magnetizacije u proces ekstruzije više materijala, demonstrirati izradu potpuno 3D printanih rotacijskih elektromotora i dodati više alata platformi kako bi omogućili monolitnu izradu složenijih elektroničkih uređaja.