Инженеры Массачусетского технологического института напечатали на 3D-принтере электромагниты (соленоиды), лежащие в основе многих устройств. Поскольку электромагниты входят в состав множества электронных приборов, разработка может революционизировать производство электроники на Земле и в космосе.
Напечатанный за один цикл электромагнит в разрезе (на монете 25 центов). Источник изображения: MIT
Представьте себе, что вы можете создать, например, полностью готовый аппарат для диализа, используя только 3D-принтер. Это сыграет важную роль на Земле, где далеко не все и не везде имеют доступ к подобному медицинскому оборудованию, а также станет бесценным для космоса, где выбора материалов, запчастей и оборудования практически не будет. Исследователи из MIT ещё далеки от универсального решения, однако они сделали важный шаг в нужном направлении и обещают продолжить движение к намеченной цели.
Соленоиды и электромагниты — катушки с намотанной вокруг сердечника проволокой, являются фундаментальными строительными блоками многих электронных устройств, от аппаратов для диализа и искусственной вентиляции лёгких до стиральных и посудомоечных машин. Группа инженеров MIT модифицировала коммерческий 3D-принтер с несколькими экструдерами, чтобы он смог печатать объёмные электромагниты за один цикл печати. Печать цельного изделия позволит избежать ошибок при сборке, если электромагниты печатать частями.
Учёным пришлось модернизировать экструдеры и научиться регулировать температуру каждого из них. Температура плавления всех четырёх компонентов будущего электромагнита была разная и важно было не допустить растекания уже напечатанного материала. Для печати токопроводящего провода был использован пластик с вкраплениями металла. Сердечник печатался из двух видов пластика с вкраплениями магнитомягкого материала, один из которых подавался в виде гранул, а не нити. Диэлектриком, послойно изолирующим витки, был обычный пластик.
В ходе экспериментов инженеры научились печатать электромагнит с восемью слоями намотки, где провод печатался по спирали. Опыты показали, что напечатанный таким образом электромагнит диаметром 25 мм показал в три раза более сильное магнитное поле, чем другие напечатанные ранее 3D-принтерами электромагниты.
«Некоторые специалисты смотрят на них [на экструзионные 3D-принтеры] свысока, потому что они просты и не имеют большого количества наворотов, но экструзия — это один из очень немногих методов, позволяющих выполнять многослойную монолитную печать», — заявили авторы работы. Модернизированный для печати электромагнитов принтер обошёлся исследователям в $4000. Но благодаря полученному опыту в дальнейшем они станут намного дешевле.