里程碑突破：首个完全3D打印电机及其多功能制造平台诞生

3D打印技术参考2月22日消息，麻省理工学院 (MIT)的研究人员开发出了一种多模式、多材料挤出式3D打印平台，它能够以丝材、墨水和颗粒的形式加工多种高掺杂功能材料。利用该平台，研究团队可通过一个步骤直接制造出完整电机。

完全3D打印的直线电机：硬磁铁 (a)、双轴弯曲弹簧 (b)、弹簧和磁铁的组件 (c)、3D打印电机的组件 (d)

该电机由3D打印的螺线管、平面弹簧和永磁体组成，组装过程简单，包含介电、导电、软磁、硬磁和柔性五种功能材料。整个打印过程约3小时，每个器件的材料成本估计约为0.5美元，唯一需要的后处理步骤是对硬磁性材料进行磁化。

3D打印整体式FeSiAl尼龙芯银墨螺线管的工作流程示意图

经测试，该3D打印电机的功能齐全，螺线管产生的磁场强度高达2.03mT，磁体产生的磁场强度高达71mT，电机在谐振频率（41.6Hz）下实现了318μm的最大位移，与依赖液压放大器的同类直线电机相比，该3D打印电机产生的驱动力要大数倍。

这是首个报道的完全3D打印电机，它突破了3D打印功能器件的界限，展示了增材制造在电机制造领域的巨大潜力。

电机3D打印平台开发

现有的大多数多材料挤出系统仅能打印两种相同形态的材料，例如丝材或颗粒。MIT的研究团队对一台商用多材料3D打印机进行了改造，配备了定制的挤出机和新型控制框架。

每个挤出机都能处理不同类型的可打印原料，分别为导电油墨、软硬磁复合材料颗粒以及刚性和柔性聚合物丝材。系统在逐层打印过程中能自动切换喷嘴，并策略性地布置了传感器，确保每个喷嘴都能以足够的精度移动，防止层错位。

多模式、多材料挤出系统最终配置：油墨挤出机、颗粒挤出机、丝材挤出机和加热器

新改造的系统突破了大多数多材料挤出3D打印机只能打印两种材料以及只能打印同一种材料形态的限制。

电机3D打印面临的工程挑战

麻省理工学院微系统技术实验室首席研究科学家Luis Fernando Velásquez-García表示，采用同一种3D打印工艺将多种不同挤出形式无缝整合到一个平台上是一个巨大挑战。特别是这些导电材料以油墨的形式存在，需要通过基于压力的方式进行打印，与标准的加热喷嘴挤出机相比，在集成方面非常困难。

银墨打印过程中挤出机所遵循的 3D 打印路径细节。每个特征都用颜色标识：导电路径（绿色）、绝缘层（红色）、支撑（蓝色）、固化轨迹（黄色）

采用多模态多材料挤出系统整体3D打印的三维银墨堆叠螺线管：打印过程中 (a)，打印后空芯螺线管的俯视图 (b)，打印后 FeSiAl-尼龙芯螺线管的俯视图 (c)

该多模式、多材料挤出系统基于E3D运动系统和换刀装置，包含一个机器人操作装置和最多四种不同的工具，这些工具可以在单个打印作业中依次拾取和使用。构成机器最终配置为：

➡️ 线材挤出机

➡️ 颗粒挤出机

➡️ 墨水挤出机

➡️ 加热器

为了适应颗粒和墨水挤出机比原先的线材挤出机更大的尺寸，在它们不工作时将它们固定到打印机框架上的底座进行了修改。整套系统的零件成本不到4000美元。

E3D Hemera 长丝挤出机 (a)、Mahor v4 颗粒挤出机（带有定制的 3D 打印部件，可与 E3D ToolChanger 兼容） (b)、定制的墨水挤出机 (c) 和用于墨水固化的加热器 (d)

虽然该电机需要少量组装，但它验证了使用单一、多功能平台生产完全3D打印电机的概念，显示出其整体式、单步制造的潜力。

注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

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