MIT’s nieuwe 3D-printer kan in één keer een werkende elektromotor produceren

MIT schat de materiaalkosten op ongeveer 50 cent per motor

3D-printen is de afgelopen jaren veel beter geworden in het vervaardigen van vormen, maar het maken van complexe machines met bewegende onderdelen werpt nog altijd uitdagingen op voor de meeste printers. Onderzoekers van MIT hebben echter een multimateriaal-extrusieplatform ontwikkeld dat in één proces een volledig functionele elektromotor kan produceren, met slechts één kleine nabewerking na het printen.

Het team van MIT’s Microsystems Technology Laboratories demonstreerde het systeem door een elektrische lineaire motor te printen – een type motor dat een rechtlijnige beweging genereert in plaats van een roterende as. Lineaire motoren worden vaak toegepast in pick-and-place-robotica, optische positioneringsapparatuur en transportsystemen, waarbij het nauwkeurig verplaatsen van punt A naar punt B belangrijker is dan het toerental.

Wat deze technologie anders maakt dan gebruikelijke ‘multimaterial’-printprocessen, is dat het niet zomaar om het wisselen tussen twee soorten kunststof gaat. De printer beschikt over vier extrusiegereedschappen die verschillende materialen kunnen verwerken, waardoor het vijf functionele materialen in één geautomatiseerde bouwproces kan aanbrengen.

Deze materialen omvatten een structureel/dielektrisch materiaal voor de behuizing en isolatie, een geleidend materiaal voor de stroomvoerende banen, zacht magnetisch materiaal om magnetische velden te vormen, hard magnetisch materiaal voor permanente magneetwerking, en een flexibel materiaal waar veerkracht gewenst is.

Deze combinatie vormt een uitdaging voor conventionele systemen. Geleidende materialen werken vaak het beste inktachtig en moeten met een drukgebaseerde techniek worden aangebracht, terwijl standaard filament- en pelletextruders juist op warmte vertrouwen. Isolatiematerialen kunnen beschadigen als ze tijdens het uitharden aan te veel warmte of UV-licht worden blootgesteld. Bovendien kunnen zelfs kleine uitlijningfouten bij het wisselen van gereedschap een motor veranderen in iets wat op moderne kunst lijkt.

MIT’s aanpak maakt gebruik van sensoren en een controle-framework die ervoor zorgen dat elke nozzlewissel precies op de juiste plek plaatsvindt, laag na laag. De enige benodigde nabewerking is het magnetiseren van het harde magnetische materiaal nadat het printproces is afgerond. Vervolgens werkt de motor direct.

Volgens de onderzoekers presteerde het geprinte apparaat net zo goed als – en soms beter dan – vergelijkbare lineaire motoren die op een complexere wijze worden gefabriceerd.
Het team schat de materiaalkosten op ongeveer 50 cent per motor. Dit betekent niet dat industriële motoren en actuator binnenkort vervangen zullen worden, maar het wijst wel op een toekomst waarin men op locatie massaal producten kan prototypen of aangepaste elektromechanische onderdelen kan vervangen, zonder afhankelijk te zijn van de toeleveringsketen.

De volgende stap voor MIT is het integreren van het magnetisatieproces in de printer zelf en het ontwikkelen van volledig 3D-geprinte roterende motoren in plaats van lineaire ontwerpen. Hoewel we nog niet op het niveau van de Star Trek replicators zijn, komt het printen van vervangende motoren in noodgevallen in plaats van wachten op levering steeds dichterbij.