MIT mokslininkai sukūrė 3D spausdinimo platformą, kuri vienu gamybos procesu gali pagaminti visiškai veikiančias elektrines mašinas. Toks sprendimas ateityje galėtų leisti gamykloms per kelias valandas vietoje pasigaminti atsarginius variklius.
Sistema paremta daugiamedžiagiu ekstruziniu spausdinimu ir suteikia galimybę formuoti sudėtingus įrenginius iš laidžiųjų, magnetinių ir konstrukcinių medžiagų, nenaudojant specializuotų gamybos cechų ar sudėtingos įrangos.
Demonstracijos metu komanda maždaug per tris valandas atspausdino veikiantį elektrinį tiesinį variklį.
Įprastai elektrinės mašinos gaminamos centralizuotuose padaliniuose: taikomi keli gamybos etapai, naudojama specializuota įranga, o procesas reikalauja nemažai logistikos. Sugedus varikliui gamyklos linijoje, dažnai tenka užsakinėti dalis iš toli, dėl to patiriamos prastovos ir papildomos išlaidos.
MIT komandos tikslas – šią situaciją pakeisti ir sudaryti sąlygas tokius įrenginius gaminti vietoje. Tam sukurta integruota platforma, galinti vienu gamybos ciklu apdoroti skirtingų rūšių medžiagas.
Siekdami šio tikslo, tyrėjai modifikavo ekstruzijos principu veikiantį 3D spausdintuvą. Prie jo prijungti keturi atskiri ekstruderiai, kiekvienas skirtas kitokio tipo žaliavai. Vienos medžiagos tiekiamos lydytų 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 sukurta nauja valdymo sistema, užtikrinanti itin tikslų kiekvieno įrankio pozicionavimą. Elektrinėse mašinose net ir nedideli sluoksnių poslinkiai gali smarkiai pabloginti veikimą, todėl tikslumas čia 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 atspausdintas naudojant penkias skirtingas medžiagas, o po spausdinimo prireikė tik vieno papildomo žingsnio – kietųjų magnetinių komponentų sumagnetinimo.
Mokslininkų skaičiavimais, atspausdinto variklio medžiagų kaina siekė apie 50 centų. Veikimo bandymai parodė, kad šis variklis generuoja kelis kartus didesnę jėgą nei įprastas tiesinis variklis, kuris remiasi sudėtingais hidrauliniais stiprintuvais.
Elektros ir elektronikos gamybos permąstymas
Pats variklis tyrėjams yra veikiau koncepcijos įrodymas nei galutinis tikslas. Platesnė vizija – sudaryti sąlygas išskaidytai, vietinei sudėtingų elektroninių ir elektromechaninių sistemų gamybai, taip sumažinant 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 visiškai 3D spausdintą sukamąjį (rotorinį) variklį.
Taip pat ketinama išplėsti platformoje naudojamų įrankių skaičių, kad būtų galima monolitiškai, vienu gabalu, 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.
