Результаты исследователей из Массачусетского технологического института пока скромные, но лучше предыдущих опытов и уже достаточные для полностью аддитивного производства электромагнитов для компактных актуаторов и индуктивных датчиков.
В экспериментах использовались композиционные материалы и модифицированный экструзионный 3D-принтер, оснащенный сразу четырьмя головками. Первая и вторая отвечают за нанесение проводника (полилактида с медным наполнителем) и диэлектрика (чистого полилактида), а третья и четвертая наносят композиты с ферромагнитными наполнителями, формирующие сердечники. Аддитивным оборудованием послужил ныне снятый с производства, но опенсорсный 3D-принтер компании E3D с системой автоматической смены инструмента.
Сразу два экструдера для печати сердечников понадобились ввиду опытов с разными материалами. Матрицей одного из магнитных композитов служит все тот же полилактид с добавками железа, а другого, намного более перспективного — полиамид с добавками сплава FeSiAl. Получить композиционный нейлоновый филамент из-за крупной фракции частиц наполнителя не удалось, поэтому ученые добавили четвертый экструдер, принимающий гранулы. Доля магнитомягкого сплава в нейлоновом композите достигала 50% по объему и 86% по массе.
Лучший результат — восьмислойная конструкция диаметром чуть больше пятирублевой монеты. Композиты на основе полилактида укладывались соплами диаметром от 0,4 мм, а нейлоновый композит — 0,8 мм, так как размер частиц наполнителя в последнем случае значительно выше (до 150 мкм), а следовательно повышен риск забивания фильеры.
Исследователи опробовали два производственных метода. Первый предусматривал одновременную 3D-печать всех компонентов, второй состоял из двух этапов — сначала одновременной 3D-печати обмотки и полой оболочки сердечника из нейлона с наполнителем в виде частиц сплава FeSiAl, а затем установки сердечника из того же композита, полученного с помощью экструдера филамента с фильерой диаметром два миллиметра. Двухэтапный подход позволил повысить плотность сердечника.
Ученые утверждают, что за счет использования магнитомягких материалов и оптимизации производственного процесса удалось повысить магнитную силу 3D-печатных соленоидов до трех раз в сравнении с предыдущими наработками. Опытные образцы выдерживают напряжения до 200 В c силой тока до 60 мА и выдают магнитную индукцию на уровне нескольких гауссов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Virtual and Physical Prototyping.
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.