Электроника может подешеветь: исследователи научились печатать электромагниты на 3D-принтере

Исследователи Массачусетского технологического научились печатать на 3D-принтере катушки для электромагнитов. Об этом сообщает сайт SciTechDaily.

Исследователи MIT модифицировали многоматериальный 3D-принтер, чтобы он мог производить трехмерные соленоиды (катушки для электромагнитов) за один проход наложением сверхтонких катушек из трех различных материалов. Он печатает небольшой соленоид размером с монету в виде спирали наложением вокруг мягкого магнитного сердечника проводящих слоев, разделенных тонкими изоляционными слоями. Новый метод может сделать микроэлектронику более доступной и легкой в изготовлении.

Соленоиды, или электромагниты, образованные катушкой провода, намотанной вокруг магнитного сердечника, являются основным строительным блоком многих электронных устройств. Технология может привести к радикальному упрощению изготовления электроприборов. Хотя для разработки электронных устройств, которые полностью напечатаны на 3D, необходимо преодолеть многочисленные препятствия, команда из Массачусетского технологического института сделала важный шаг в этом направлении, продемонстрировав трехмерные соленоиды, напечатанные на 3D.

Этот настроенный принтер, который мог использовать материалы с более высокой производительностью, чем типичные коммерческие принтеры, позволил исследователям изготовить соленоиды, которые могли выдерживать вдвое больше электрического тока и генерировать магнитное поле, которое было втрое сильнее, чем в других опытах с печатанием подобных электромагнитов.

Кроме удешевления электроники на Земле, такое оборудование для печати может быть особенно полезным в исследовании космоса. Например, вместо доставки заменяемых электронных частей на базу на Марсе, можно отправить сообщение с файлами для 3D-принтера.

"Нет причин создавать мощное оборудование только в нескольких центрах производства, когда потребность является глобальной. Вместо того, чтобы пытаться доставлять оборудование по всему миру, можем ли мы дать людям в отдаленных местах возможность изготавливать его самостоятельно? Аддитивное производство может сыграть огромную роль в демократизации этих технологий", — говорит Луис Фернандо Веласкес-Гарсия, старший автор научной статьи в журнале Virtual and Physical Prototyping.

Соленоид создает магнитное поле, когда через него пропускают электрический ток. Интеграция соленоидов в электрические цепи, изготовленные в чистой комнате, создает значительные проблемы, поскольку они имеют очень разные формфакторы и изготовлены с помощью несовместимых процессов, требующих дальнейшей сборки. Производство может изготавливать устройства практически любого размера и формы. Однако это создает определенные проблемы, поскольку изготовление соленоида предполагает свертывание тонких слоев, изготовленных из нескольких материалов, которые не все могут быть совместимы с одной машиной.

Чтобы преодолеть эти проблемы, исследователям нужно было модифицировать коммерческий экструзионный 3D-принтер. Экструзионная печать создает объекты по одному слою за раз разбрызгиванием материалов через сопло. Как правило, принтер использует один тип исходного сырья, часто катушки нити. Экструзия — один из немногих методов, который позволяет выполнять монолитную печать из многих материалов.

Это является ключевым моментом, поскольку соленоиды изготавливаются путем точного наложения слоев на три различных материала — диэлектрический материал, который служит изолятором, проводящий материал, который образует электрическую катушку, и магнитомягкий материал, который образует сердечник. Команда выбрала принтер с четырьмя соплами — по одному для каждого материала, чтобы предотвратить перекрестное загрязнение. Исследователями понадобилось четыре экструдера, поскольку они испытали два магнитомягких материала, один на основе биоразлагаемого термопласта, а другой на основе нейлона.

"Мы не были первыми, кому удалось изготовить катушки индуктивности, напечатанные на 3D-принтере, но мы были первыми, кто сделал их трехмерными, и это значительно увеличивает количество ценностей, которые вы можете генерировать. А это означает, что мы можем удовлетворить более широкий спектр приложений", — говорит Веласкес-Гарсия.

Несмотря на то, что эти соленоиды не могут генерировать такое сильное магнитное поле, как те, что изготовлены с помощью традиционных технологий изготовления, их можно использовать как преобразователи энергии в небольших датчиках или приводах в мягких роботах.

Двигаясь вперед, исследователи стремятся продолжать улучшать свою эффективность. Они попытаются использовать альтернативные материалы, которые могут иметь лучшие свойства, а также более точный контроль температуры для уменьшения дефектов.

Напоминаем, недавно ученые изобрели новое применение магнитным полям. С помощью магнитных вихрей они смогли передавать данные в 1000 раз быстрее, чем современные устройства.