3D-Druck: MIT-Forscher drucken elektrischen Linearmotor in einem Rutsch

Ein Forschungsteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat eine 3D-Druckplattform entwickelt, die auch verschiedene elektrisch leitfähige Materialien verarbeiten kann. Damit druckten sie einen vollständigen elektrischen Linearmotor innerhalb weniger Stunden in einem Stück aus.

Die Wissenschaftler nutzten einen bestehenden Multimaterial-3D-Drucker, der mit einem Extruder zwei verschiedene Materialien verarbeiten kann. Sie rüsteten den 3D-Drucker mit vier weiteren Extrudern aus, die jeweils ein unterschiedliches Material verarbeiten können. Die Extruder wurden dabei sorgfältig auf das jeweilige Material abgestimmt. Dabei berücksichtigten die Forscher die spezifische Temperatur zur Verarbeitung des Materials, die Materialgrenzen sowie die Materialhärte. Um etwa elektrisch leitfähiges Material schichtweise ausdrucken zu können, muss es ohne starke Hitzezufuhr oder UV-Licht aushärten, um es bequem verarbeiten zu können und das dielektrische Material nicht zu beeinträchtigen.

Zum Einsatz kamen elektrisch leitfähige Tinten. Sie stellen allerdings komplett andere Anforderungen an den Extruder als etwa Filament oder Granulat, die beide geschmolzen und durch eine Düse gedrückt werden, um die einzelnen Schichten des 3D-Objekts aufzubauen.

„Es gab erhebliche technische Herausforderungen. Wir mussten herausfinden, wie wir verschiedene Ausprägungen desselben Druckverfahrens – der Extrusion – nahtlos in einer Plattform vereinen können“, erklärt Luis Fernando Velásquez-García, leitender Wissenschaftler in den Microsystems Technology Laboratories (MTL) des MIT und Hauptautor der Studie „Fully 3D-Printed electric motor manufactured via multi-modal, multi-material extrusion“, die in Virtual and Physical Prototyping erschienen ist.

Präzise Druckkopfpositionierung

Die MIT-Wissenschaftler entwickelten ein präzise arbeitendes System zur Steuerung der Druckköpfe. Zusammen mit strategisch platzierten Sensoren sorgt es dafür, dass die Druckköpfe exakt zur gewünschten Position bewegt werden und dort ihr Material abgeben. So ist gewährleistet, dass jede Materialschicht genau ausgerichtet ist. Das ist wichtig, da bereits geringe Abweichungen die Funktion und Leistung eines gedruckten Elektromotors oder einer anderen Maschine beeinträchtigen können.

Nach verschiedenen Optimierungsarbeiten am 3D-Drucker druckten die Forscher einen Linearmotor aus, der im Gegensatz zu einem Drehmotor eine geradlinige Bewegung erzeugt. Nach dem Druck mussten lediglich die hartmagnetischen Materialien magnetisiert werden, um den Motor zum Funktionieren zu bringen. Der gesamte Druck dauerte nur rund drei Stunden.

Pro Bauteil fallen Materialkosten von etwa 50 US-Cent an. Die Wissenschaftler des MIT geben an, dass der ausgedruckte Linearmotor eine mehrfach höhere Antriebsleistung besitzen soll als auf herkömmliche Weise erstellte Motoren ähnlicher Größe.

(olb)