MIT mokslininkai sukūrė 3D spausdinimo platformą, galinčią vienu procesu pagaminti pilnai veikiančias elektrines mašinas. Tai gali leisti gamykloms per kelias valandas vietoje pasigaminti atsarginius variklius.
Sistema naudoja daugiamedžiagį ekstruzinį spausdinimą ir leidžia formuoti sudėtingus įrenginius iš laidžiųjų, magnetinių ir konstrukcinių medžiagų, nereikalaujant specializuotų gamybos cechų ar įrangos.
Demonstracijos metu komanda maždaug per tris valandas atspausdino veikiantį elektrinį tiesinį variklį.
Įprastai elektrinės mašinos gaminamos centralizuotuose gamybos padaliniuose, taikant kelis gamybos etapus ir naudojant specializuotą įrangą. Kai gamyklos linijoje sugenda variklis, dažnai tenka užsakinėti detales iš toli, o tai reiškia prastovas ir papildomas išlaidas.
MIT komandos tikslas – tai pakeisti ir sudaryti sąlygas tokius įrenginius spausdinti vietoje, naudojant vieną integruotą platformą, galinčią vienu gamybos ciklu apdoroti skirtingų rūšių medžiagas.
Siekiant šio tikslo, tyrėjai modifikavo esamą ekstruzijos principu veikiančią 3D spausdintuvą. Prie jo buvo prijungti keturi atskiri ekstruderiai, kiekvienas skirtas skirtingam žaliavos tipui. Kai kurios medžiagos padedamos išlydytų siūlų pavidalu, o kitos, pavyzdžiui, laidžios pastos ar rašalai, reikalauja slėgiu varomos padavimo sistemos.
Spausdinamos mašinos vienu etapu
„Tai buvo didelis inžinerinis iššūkis. Turėjome išsiaiškinti, kaip įvairias to paties spausdinimo metodo – ekstruzijos – versijas sklandžiai sujungti į vieną platformą“, – sako „MIT“ Mikrosistemų technologijų laboratorijų vyresnysis mokslo darbuotojas Luisas Fernando Velásquezas-García, pagrindinis tyrimo autorius.
Platformoje įdiegti strategiškai išdėstyti jutikliai ir nauja valdymo sistema, užtikrinanti itin tikslų kiekvieno įrankio pozicionavimą. Net ir nedideli sluoksnių poslinkiai elektrinėse mašinose gali smarkiai pabloginti veikimą, todėl tikslumas buvo kritiškai svarbus.
Komanda susitelkė į tiesinio variklio gamybą. Toks variklis sukuria tiesinį, o ne sukamąjį judesį ir dažnai naudojamas robotikoje, optinėse sistemose bei konvejerinėse linijose.
Variklis buvo atspausdintas naudojant penkias skirtingas medžiagas, o po spausdinimo prireikė tik vieno papildomo žingsnio – kietųjų magnetinių komponentų sumagnetinimo.
Mokslininkų skaičiavimais, atspausdinto variklio medžiagų kaina siekė vos apie 50 centų. Atliekant veikimo bandymus nustatyta, kad šis variklis generuoja kelis kartus didesnę jėgą nei įprastas tiesinis variklis, kuris remiasi sudėtingais hidrauliniais stiprintuvais.
Elektros ir elektronikos gamybos permąstymas
Pats variklis mokslininkams yra veikiau koncepcijos įrodymas, o ne galutinis tikslas. Platesnė vizija – sudaryti sąlygas išskaidytai, vietinei sudėtingų elektroninių ir elektromechaninių sistemų gamybai ir taip sumažinti priklausomybę nuo pasaulinių tiekimo grandinių.
„Tai didelis pasiekimas, bet tai tik pradžia. Turime galimybę iš esmės pakeisti, kaip gaminami daiktai – vietoje, vienu etapu, o ne pasikliaujant pasauline tiekimo grandine. Šiuo pademonstruotu pavyzdžiu parodėme, kad tai įmanoma“, – teigia Velásquezas-García.
Ateityje komanda planuoja magnetizavimo etapą integruoti tiesiai į spausdinimo procesą ir pademonstruoti pilnai 3D spausdintus sukamąjį (rotorinį) variklį.
Taip pat ketinama išplėsti platformoje naudojamų įrankių skaičių, kad būtų galima vienu gabalu (monolitiškai) gaminti dar sudėtingesnius elektroninius įrenginius.
„Nors mus labai džiugina šis variklis ir jo veikimo rodikliai, ne mažiau įkvepia suvokimas, kad tai tik vienas pavyzdys iš daugybės būsimų sprendimų, galinčių radikaliai pakeisti elektronikos gamybą“, – sako Velásquezas-García.
