MIT-Forscher drucken Elektromagnete für elektronische Geräte in 3D
Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen Durchbruch erzielt, der die Elektronikproduktion verändern könnte. Es gelang ihnen, dreidimensionale Solenoiden im 3D-Druckverfahren herzustellen, was einen großen Fortschritt in der Elektronikfertigung bedeutet. Solenoide, die aus einer Drahtspule bestehen, die um einen Magnetkern gewickelt ist, sind eine wichtige Komponente in einer Vielzahl von elektronischen Anwendungen, von medizinischen Geräten wie Dialysegeräten und Beatmungsgeräten bis hin zu Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen und Geschirrspülern. Traditionell ist die Herstellung von Magneten mit komplexen Techniken verbunden.
Die Entwicklung elektronischer Geräte, die vollständig im 3D-Verfahren hergestellt werden, stellt derzeit erhebliche Herausforderungen dar. Die laufende Forschung markiert jedoch einen Fortschritt hin zu kostengünstigeren und weniger abfallintensiven Produktionstechniken. Diese Verbesserungen könnten in vielen Bereichen eingesetzt werden, vielleicht sogar über unseren Planeten hinaus.
Das Massachusetts Institute of Technology (MIT)
Elektromagnete aus dem 3D-Drucker
Bei der herkömmlichen Herstellung von Solenoiden müssen verschiedene Materialien aufwendig miteinander verbunden werden, wodurch die Größe und Form der Teile oft eingeschränkt wird. Die Verwendung des 3D-Drucks bietet jedoch die Möglichkeit, diese Einschränkungen zu überwinden. Forscher des MIT unter der Leitung von Luis Fernando Velásquez-García lösten die Probleme mit der Materialkompatibilität, indem sie ihren 3D-Multi-Material-Drucker anpassten, um drei verschiedene Materialien übereinander zu schichten: ein dielektrisches Material, das als Isolator dient, ein leitfähiges Material, das die elektrische Spule bildet, und ein weichmagnetisches Material, das den Kern bildet. Diese Anpassung ermöglichte die Herstellung von kompakten Solenoiden aus einem Stück, wodurch die Gefahr von Montagefehlern beseitigt wurde. Im Laufe der Experimente gelang es den Forschern, einen Elektromagneten mit acht Wicklungsschichten zu drucken, bei dem der Draht spiralförmig angeordnet war. Durch diese Modifikation des Druckers konnten sie kompaktere, aber leistungsfähigere Solenoiden herstellen. Die Ergebnisse zeigten, dass ein im 3D-Druck hergestellter Elektromagnet mit einem Durchmesser von 25 mm die doppelte Menge an elektrischem Strom aufnehmen und ein dreimal so starkes Magnetfeld erzeugen kann wie sein auf herkömmliche Weise hergestelltes Gegenstück.
Trotz der anfänglichen Investition in eine individuell angefertigte Ausrüstung bietet die Verwendung von 3D-gedruckten Elektromagneten im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsmethoden wirtschaftliche Vorteile. Dieser Fortschritt könnte die Herstellungsprozesse revolutionieren, indem er Abfall minimiert und den Zugang zu wichtigen medizinischen Geräten wie Dialysegeräten verbessert, insbesondere in abgelegenen Regionen. Die potenziellen Vorteile dieser Technologie beschränken sich nicht auf unseren Planeten und eröffnen auch interessante Perspektiven für die Erforschung des Weltraums. Die Fähigkeit, elektronische Ersatzteile mithilfe des 3D-Drucks herzustellen, könnte zu einer Kosten- und Zeitersparnis führen und eine nachhaltige Lösung für langfristige Weltraummissionen bieten. Luis Fernando Velásquez-García vom MIT erklärt:
Abgesehen davon, dass Elektronik auf der Erde billiger wird, könnte dieses Druckmaterial bei der Erforschung des Weltraums besonders nützlich sein. Anstatt zum Beispiel elektronische Ersatzteile zu einer Basis auf dem Mars zu schicken, was Jahre dauern und Millionen von Dollar kosten könnte, könnte man ein Signal mit Dateien für den 3D-Drucker senden“.
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