Електроніка може здешевшати: дослідники навчилися друкувати електромагніти на 3D-принтері

Дослідники Массачусетського технологічного навчилися друкувати на 3D-принтері котушки для електромагнітів. Про це повідомляє сайт SciTechDaily.

Дослідники MIT модифікували багатоматеріальний 3D-принтер, щоб він міг виробляти тривимірні соленоїди (котушки для електромагнітів) за один прохід накладанням надтонких котушок із трьох різних матеріалів. Він друкує невеликий соленоїд розміром із монету у вигляді спіралі накладанням навколо м’якого магнітного сердечника провідних шарів, розділених тонкими ізоляційними шарами. Новий метод може зробити мікроелектроніку доступнішою та легшою у виготовленні.

Соленоїди, або електромагніти, утворені котушкою дроту, намотаною навколо магнітного сердечника, є основним будівельним блоком багатьох електронних пристроїв. Технологія може призвести до радикального спрощення виготовлення електроприладів. Хоча для розробки електронних пристроїв, які повністю надруковані на 3D, необхідно подолати численні перешкоди, команда з Массачусетського технологічного інституту зробила важливий крок у цьому напрямку, продемонструвавши тривимірні соленоїди, надруковані на 3D.

Цей налаштований принтер, який міг використовувати матеріали з вищою продуктивністю, ніж типові комерційні принтери, дозволив дослідникам виготовити соленоїди, які могли витримувати вдвічі більше електричного струму та генерувати магнітне поле, яке було втричі сильніше, ніж в інших дослідах із друкуванням подібних електромагнітів.

Окрім здешевлення електроніки на Землі, таке обладнання для друку може бути особливо корисним у дослідженні космосу. Наприклад, замість доставлення замінних електронних частин на базу на Марсі, можна надіслати повідомлення із файлами для 3D-принтера.

"Немає причин створювати потужне обладнання лише в кількох центрах виробництва, коли потреба глобальна. Замість того, щоб намагатися доставляти обладнання по всьому світу, чи можемо ми дати людям у віддалених місцях можливість виготовляти його самостійно? Адитивне виробництво може відіграти величезну роль у демократизації цих технологій", — каже Луїс Фернандо Веласкес-Гарсія, старший автор наукової статті в журналі Virtual and Physical Prototyping.

Соленоїд створює магнітне поле, коли через нього пропускають електричний струм. Інтеграція соленоїдів до електричних ланцюгів, виготовлених у чистій кімнаті, створює значні проблеми, оскільки вони мають дуже різні формфактори та виготовлені за допомогою несумісних процесів, які потребують подальшого складання. Виробництво може виготовляти пристрої практично будь-якого розміру та форми. Однак це створює певні проблеми, оскільки виготовлення соленоїда передбачає згортання тонких шарів, виготовлених із кількох матеріалів, які не всі можуть бути сумісними з однією машиною.

Щоб подолати ці проблеми, дослідникам потрібно було модифікувати комерційний екструзійний 3D-принтер. Екструзійний друк створює об’єкти по одному шару за раз розбризкуванням матеріалів через сопло. Як правило, принтер використовує один тип вихідної сировини, часто котушки нитки. Екструзія — один із небагатьох методів, який дозволяє виконувати монолітний друк із багатьох матеріалів.

Це є ключовим моментом, оскільки соленоїди виготовляються шляхом точного накладання шарів на три різні матеріали: діелектричний матеріал, який служить ізолятором, провідний матеріал, який утворює електричну котушку, і магнітом’який матеріал, який утворює сердечник. Команда обрала принтер із чотирма соплами — по одному для кожного матеріалу, щоб запобігти перехресному забрудненню. Дослідниками знадобилося чотири екструдери, оскільки вони випробували два магнітом’які матеріали, один на основі біорозкладаного термопласту, а інший на основі нейлону.

"Ми не були першими, кому вдалося виготовити котушки індуктивності, надруковані на 3D-принтері, але ми були першими, хто зробив їх тривимірними, і це значно збільшує кількість цінностей, які ви можете генерувати. А це означає, що ми можемо задовольнити ширший спектр додатків", — говорить Веласкес-Гарсія.

Попри те, що ці соленоїди не можуть генерувати таке сильне магнітне поле, як ті, що виготовлені за допомогою традиційних технологій виготовлення, їх можна використовувати як перетворювачі енергії в невеликих датчиках або приводах у м’яких роботах.

Рухаючись уперед, дослідники прагнуть продовжувати покращувати свою ефективність. Вони спробують використовувати альтернативні матеріали, які можуть мати кращі властивості, а також точніший контроль температури для зменшення дефектів.

Нагадуємо, нещодавно вчені винайшли нове застосування магнітним полям. За допомогою магнітних вихорів вони змогли передавати дані в 1000 разів швидше, ніж сучасні пристрої.