Исследователи из Массачусетского технологического института успешно использовали 3D-принтер для изготовления электромагнитов - основных компонентов, используемых во множестве устройств. Учитывая повсеместное присутствие электромагнитов в различных электронных устройствах, этот прорыв потенциально может изменить ландшафт производства электроники как на Земле, так и в космосе. Представьте себе сценарий, в котором полностью функциональный аппарат для диализа может быть изготовлен исключительно с помощью 3D-принтера. Это новшество имеет значительные последствия для Земли, особенно в регионах, где доступ к критически важному медицинскому оборудованию ограничен, а также имеет огромное значение для космических миссий, где не хватает ресурсов, запасных частей и оборудования. В то время как ученые Массачусетского технологического института все еще совершенствуют свой подход к универсальному решению, их недавний прогресс знаменует собой решающий шаг в правильном направлении, с обязательством продвигаться к своей конечной цели.
Соленоиды и электромагниты, представляющие собой витки проволоки, намотанные вокруг сердечника, служат основополагающими компонентами в широком спектре электронных устройств, начиная от жизненно важного медицинского оборудования, такого как аппараты для диализа и искусственной вентиляции легких, и заканчивая бытовой техникой, такой как стиральные и посудомоечные машины. Инженеры Массачусетского технологического института изобретательно модифицировали стандартный 3D-принтер с несколькими экструдерами, чтобы обеспечить печать объемных электромагнитов за один цикл печати, тем самым устраняя ошибки сборки, которые могут возникнуть, когда электромагниты печатаются отдельными частями.
Перед командой инженеров стояла задача модернизировать экструдеры и освоить точный контроль температуры, необходимый для каждого компонента. Учитывая различные температуры плавления четырех составляющих электромагнита материалов, предотвращение диспергирования материала во время печати имело решающее значение. Проводящий провод был напечатан с использованием композитного материала из пластика с металлическими включениями, в то время как сердцевина состояла из двух типов пластика, пропитанного магнитомягкими материалами, причем один из них поставлялся в гранулированном виде, а не в виде нитей. Диэлектрический материал, изолирующий катушки, был изготовлен из стандартного пластика.
В результате тщательных экспериментов инженеры успешно напечатали электромагнит с восемью слоями обмотки, в каждом из которых проволока была закручена в замысловатую спираль. Результаты показали, что изготовленные таким образом электромагниты диаметром 25 мм создавали магнитное поле в три раза сильнее, чем те, которые были созданы обычными методами 3D-печати.
Несмотря на простоту 3D-экструзионных принтеров, которым не хватает сложных функциональных возможностей, исследователи подчеркнули уникальное преимущество технологии экструзии в обеспечении возможности многослойной монолитной печати. Стоимость модернизации принтера для производства электромагнитов составила для исследовательской группы 4000 долларов; однако знания, полученные в результате этой работы, обещают снижение затрат в будущем при последующих внедрениях технологии.