Електронні пристрої стануть більш доступними за допомогою багатоматеріального 3D-друку

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (МТІ) успішно надрукували на 3D-принтері м’які соленоїди з магнітним сердечником, які є потужнішими, ніж ті, що виготовлені альтернативними методами. Ці електромагніти містять котушку дроту, обмотану навколо магнітного сердечника, і відіграють ключову роль у багатьох електронних пристроях, таких як апарати для діалізу та респіратори.

Модифікувавши комерційно доступний мультиматеріальний 3D-принтер, дослідники змогли виготовити соленоїди за один крок. Є надія, що цей підхід збільшить доступність ключових електронних пристроїв для людей з обмеженими ресурсами або тих, хто живе у віддалених районах.

За ідеєю Луїса Фернандо Веласкес-Гарсії, старшого автора дослідження MТІ, яке нещодавно було опубліковано в журналі Virtual and Physical Prototyping, «замість того, щоб намагатися розвозити потужне обладнання по всьому світу, простіше дати людям у віддалених місцях можливість виготовляти його самостійно». І адитивне виробництво може зіграти величезну роль у демократизації цих технологій.

Можливості 3D-друку також можуть зіграти ключову роль у виробництві електронних пристроїв під час майбутніх космічних місій. Замість того, щоб надсилати запасні компоненти із Землі, подібні 3D-принтери можна використовувати для виготовлення деталей там, де вони потрібні, заощаджуючи час і гроші.

Адитивне виробництво можна використовувати для виробництва соленоїдів майже будь-якої форми та розміру. Однак виробництво цих пристроїв вимагає точного поєднання кількох матеріалів. Щоб виготовити свої соленоїди, команда Массачусетського технологічного інституту використала діелектричний матеріал, який служить ізолятором та провідний матеріал, який утворює електричну котушку, і два магнітом’які матеріали для сердечника – один на основі біорозкладаючого термопласту, а інший – на нейлоні. Поєднання цих матеріалів створює проблеми для звичайних 3D-принтерів з одним соплом, які можуть екструдувати лише один матеріал за раз. Тому дослідники Массачусетського технологічного інституту використали 3D-принтер із чотирма екструдерами, кожен з яких призначений для різних матеріалів.

Одне з сопел було модифіковано для видавлювання гранул, а не ниток. Це дозволило команді включити м’який магнітний матеріал нейлон 12, усіяний металевими мікрочастинками, який не був доступний у формі волокон. Також була додана додаткова вентиляція, щоб допомогти охолодити провідний матеріал, запобігаючи засміченню сопла під час екструзії.

Модифікований 3D-принтер команди вартістю близько 4000 доларів може виробляти повні соленоїди, що складаються з восьми шарів, з котушками та ізоляційним матеріалом, точно розміщеним навколо магнітного сердечника. Завдяки точності, запропонованій цим підходом, команда успішно виготовила пристрої на 33% менші за ті, які були виготовлені за допомогою альтернативних методів 3D-друку.

Розміщення більшої кількості котушок на меншій площі може збільшити посилення. Таким чином, соленоїди Массачусетського технологічного інституту здатні витримувати вдвічі більший електричний струм і генерувати магнітне поле втричі сильніше, ніж електромагніти, виготовлені за допомогою інших 3D-принтерів.

Виготовляючи кожен пристрій як єдине ціле, дослідники також усунули можливість дефектів, які могли виникнути під час постобробки та складання. Це також може зменшити виробничі витрати та скоротити відходи виробництва.

Дивлячись у майбутнє, дослідники далі працюватимуть над підвищенням продуктивності своїх 3D-друкованих соленоїдів, що може включати використання матеріалів з кращими властивостями. Також розглядаються додаткові модифікації, які могли б більш точно контролювати температуру осадження, з надією зменшити кількість дефектів.