Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen bedeutenden Fortschritt im Bereich des 3D-Drucks erzielt, indem sie vollständig dreidimensionale Solenoide (Zylinderspule), die in vielen elektronischen Geräten zum Einsatz kommen, erfolgreich mit einem 3D-Drucker hergestellt haben. Solenoide sind Elektromagnete, die durch eine Spule aus Draht, die um einen magnetischen Kern gewickelt ist, gebildet werden und in einer Vielzahl von Anwendungen, von Dialysemaschinen und Beatmungsgeräten bis hin zu Waschmaschinen und Geschirrspülern, zu finden sind. Darüber berichtet hatte das MIT in einer Pressemitteilung.
Neuer Meilenstein im 3D-Druck von Elektronikbauteilen
Das Team, angeführt von Luis Fernando Velásquez-García, einem leitenden Forschungswissenschaftler in den Microsystems Technology Laboratories des MIT, hat eine multimaterielle 3D-Drucktechnik modifiziert, um kompakte Solenoide mit einem magnetischen Kern in einem einzigen Schritt zu drucken. Diese Innovation könnte die Herstellungskosten senken und die Produktionseffizienz von Elektronik auf der Erde und im Weltraum verbessern. Durch das Wegfallen von Montageprozessen werden zudem mögliche Fehlerquellen eliminiert.
Die Forschungsarbeit, die in der Fachzeitschrift Virtual and Physical Prototyping veröffentlicht wurde, zeigt, dass die modifizierte Drucktechnik Solenoide produzieren kann, die doppelt so viel elektrischen Strom aushalten und ein dreimal stärkeres Magnetfeld erzeugen können als andere 3D-gedruckte Geräte. Dies wurde durch die Verwendung leistungsfähigerer Materialien als bei herkömmlichen kommerziellen Druckern erreicht.
Vorteile der additiven Fertigung für die Raumfahrt
Ein weiterer signifikanter Vorteil dieser Technologie ist ihr Potenzial für die Raumfahrt. Statt Ersatzteile zu einer Basis auf dem Mars zu verschicken, was Jahre dauern und Millionen kosten könnte, ließe sich stattdessen ein Signal mit den Dateien für den 3D-Drucker senden. „Es gibt keinen Grund, leistungsfähige Hardware nur in wenigen Produktionszentren herzustellen, wenn der Bedarf global ist. Anstatt Hardware weltweit zu versenden, können wir Menschen an entfernten Orten befähigen, sie selbst herzustellen? Die additive Fertigung kann eine enorme Rolle bei der Demokratisierung dieser Technologien spielen“, erklärt Velásquez-García.
Die Herausforderungen der additiven Fertigung, insbesondere die Kombination unterschiedlicher Materialien in einem Gerät, wurden durch die Anpassung eines kommerziellen Extrusions-3D-Druckers überwunden. Dies ermöglichte es dem Team, präzise drei verschiedene Materialien zu schichten: ein dielektrisches Material als Isolator, ein leitfähiges Material für die elektrische Spule und ein weichmagnetisches Material für den Kern.
Die resultierenden Solenoide waren etwa 33 Prozent kleiner als andere 3D-gedruckte Versionen und konnten ein Magnetfeld erzeugen, das etwa dreimal größer ist als das anderer 3D-gedruckter Geräte. Diese Leistungssteigerung eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie der Energieumwandlung in kleinen Sensoren oder Aktuatoren in weichen Robotern.
Die Forscher planen, ihre Arbeit durch die Verwendung alternativer Materialien mit besseren Eigenschaften und weitere Modifikationen zur präziseren Temperaturkontrolle während des Druckprozesses fortzusetzen, um die Leistung weiter zu verbessern. Über die weiteren Entwicklungen zu diesem Thema berichten wir auch zukünftig im 3D-grenzenlos Magazin (Newsletter abonnieren).
