里程碑突破：首個(gè)完全3D打印電機(jī)及其多功能制造平臺(tái)誕生

3D打印技術(shù)參考2月22日消息，麻省理工學(xué)院 (MIT)的研究人員開發(fā)出了一種多模式、多材料擠出式3D打印平臺(tái)，它能夠以絲材、墨水和顆粒的形式加工多種高摻雜功能材料。利用該平臺(tái)，研究團(tuán)隊(duì)可通過一個(gè)步驟直接制造出完整電機(jī)。

完全3D打印的直線電機(jī)：硬磁鐵 (a)、雙軸彎曲彈簧 (b)、彈簧和磁鐵的組件 (c)、3D打印電機(jī)的組件 (d)

該電機(jī)由3D打印的螺線管、平面彈簧和永磁體組成，組裝過程簡(jiǎn)單，包含介電、導(dǎo)電、軟磁、硬磁和柔性五種功能材料。整個(gè)打印過程約3小時(shí)，每個(gè)器件的材料成本估計(jì)約為0.5美元，唯一需要的后處理步驟是對(duì)硬磁性材料進(jìn)行磁化。

3D打印整體式FeSiAl尼龍芯銀墨螺線管的工作流程示意圖

經(jīng)測(cè)試，該3D打印電機(jī)的功能齊全，螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度高達(dá)2.03mT，磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度高達(dá)71mT，電機(jī)在諧振頻率（41.6Hz）下實(shí)現(xiàn)了318μm的最大位移，與依賴液壓放大器的同類直線電機(jī)相比，該3D打印電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力要大數(shù)倍。

這是首個(gè)報(bào)道的完全3D打印電機(jī)，它突破了3D打印功能器件的界限，展示了增材制造在電機(jī)制造領(lǐng)域的巨大潛力。

電機(jī)3D打印平臺(tái)開發(fā)

現(xiàn)有的大多數(shù)多材料擠出系統(tǒng)僅能打印兩種相同形態(tài)的材料，例如絲材或顆粒。MIT的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)一臺(tái)商用多材料3D打印機(jī)進(jìn)行了改造，配備了定制的擠出機(jī)和新型控制框架。

每個(gè)擠出機(jī)都能處理不同類型的可打印原料，分別為導(dǎo)電油墨、軟硬磁復(fù)合材料顆粒以及剛性和柔性聚合物絲材。系統(tǒng)在逐層打印過程中能自動(dòng)切換噴嘴，并策略性地布置了傳感器，確保每個(gè)噴嘴都能以足夠的精度移動(dòng)，防止層錯(cuò)位。

多模式、多材料擠出系統(tǒng)最終配置：油墨擠出機(jī)、顆粒擠出機(jī)、絲材擠出機(jī)和加熱器

新改造的系統(tǒng)突破了大多數(shù)多材料擠出3D打印機(jī)只能打印兩種材料以及只能打印同一種材料形態(tài)的限制。

電機(jī)3D打印面臨的工程挑戰(zhàn)

麻省理工學(xué)院微系統(tǒng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室首席研究科學(xué)家Luis Fernando Velásquez-García表示，采用同一種3D打印工藝將多種不同擠出形式無縫整合到一個(gè)平臺(tái)上是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。特別是這些導(dǎo)電材料以油墨的形式存在，需要通過基于壓力的方式進(jìn)行打印，與標(biāo)準(zhǔn)的加熱噴嘴擠出機(jī)相比，在集成方面非常困難。

銀墨打印過程中擠出機(jī)所遵循的 3D 打印路徑細(xì)節(jié)。每個(gè)特征都用顏色標(biāo)識(shí)：導(dǎo)電路徑（綠色）、絕緣層（紅色）、支撐（藍(lán)色）、固化軌跡（黃色）

采用多模態(tài)多材料擠出系統(tǒng)整體3D打印的三維銀墨堆疊螺線管：打印過程中 (a)，打印后空芯螺線管的俯視圖 (b)，打印后 FeSiAl-尼龍芯螺線管的俯視圖 (c)

該多模式、多材料擠出系統(tǒng)基于E3D運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和換刀裝置，包含一個(gè)機(jī)器人操作裝置和最多四種不同的工具，這些工具可以在單個(gè)打印作業(yè)中依次拾取和使用。構(gòu)成機(jī)器最終配置為：

??線材擠出機(jī)

??顆粒擠出機(jī)

??墨水?dāng)D出機(jī)

??加熱器

為了適應(yīng)顆粒和墨水?dāng)D出機(jī)比原先的線材擠出機(jī)更大的尺寸，在它們不工作時(shí)將它們固定到打印機(jī)框架上的底座進(jìn)行了修改。整套系統(tǒng)的零件成本不到4000美元。

E3D Hemera 長(zhǎng)絲擠出機(jī) (a)、Mahor v4 顆粒擠出機(jī)（帶有定制的 3D 打印部件，可與 E3D ToolChanger 兼容） (b)、定制的墨水?dāng)D出機(jī) (c) 和用于墨水固化的加熱器 (d)

雖然該電機(jī)需要少量組裝，但它驗(yàn)證了使用單一、多功能平臺(tái)生產(chǎn)完全3D打印電機(jī)的概念，顯示出其整體式、單步制造的潛力。

注：本文由3D打印技術(shù)參考創(chuàng)作，未經(jīng)聯(lián)系授權(quán)，謝絕轉(zhuǎn)載。

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