里程碑突破：首個完全3D打印電機及其多功能制造平臺誕生

3D打印技術參考2月22日消息，麻省理工學院 (MIT)的研究人員開發出了一種多模式、多材料擠出式3D打印平臺，它能夠以絲材、墨水和顆粒的形式加工多種高摻雜功能材料。利用該平臺，研究團隊可通過一個步驟直接制造出完整電機。

完全3D打印的直線電機：硬磁鐵 (a)、雙軸彎曲彈簧 (b)、彈簧和磁鐵的組件 (c)、3D打印電機的組件 (d)

該電機由3D打印的螺線管、平面彈簧和永磁體組成，組裝過程簡單，包含介電、導電、軟磁、硬磁和柔性五種功能材料。整個打印過程約3小時，每個器件的材料成本估計約為0.5美元，唯一需要的后處理步驟是對硬磁性材料進行磁化。

3D打印整體式FeSiAl尼龍芯銀墨螺線管的工作流程示意圖

經測試，該3D打印電機的功能齊全，螺線管產生的磁場強度高達2.03mT，磁體產生的磁場強度高達71mT，電機在諧振頻率（41.6Hz）下實現了318μm的最大位移，與依賴液壓放大器的同類直線電機相比，該3D打印電機產生的驅動力要大數倍。

這是首個報道的完全3D打印電機，它突破了3D打印功能器件的界限，展示了增材制造在電機制造領域的巨大潛力。

電機3D打印平臺開發

現有的大多數多材料擠出系統僅能打印兩種相同形態的材料，例如絲材或顆粒。MIT的研究團隊對一臺商用多材料3D打印機進行了改造，配備了定制的擠出機和新型控制框架。

每個擠出機都能處理不同類型的可打印原料，分別為導電油墨、軟硬磁復合材料顆粒以及剛性和柔性聚合物絲材。系統在逐層打印過程中能自動切換噴嘴，并策略性地布置了傳感器，確保每個噴嘴都能以足夠的精度移動，防止層錯位。

多模式、多材料擠出系統最終配置：油墨擠出機、顆粒擠出機、絲材擠出機和加熱器

新改造的系統突破了大多數多材料擠出3D打印機只能打印兩種材料以及只能打印同一種材料形態的限制。

電機3D打印面臨的工程挑戰

麻省理工學院微系統技術實驗室首席研究科學家Luis Fernando Velásquez-García表示，采用同一種3D打印工藝將多種不同擠出形式無縫整合到一個平臺上是一個巨大挑戰。特別是這些導電材料以油墨的形式存在，需要通過基于壓力的方式進行打印，與標準的加熱噴嘴擠出機相比，在集成方面非常困難。

銀墨打印過程中擠出機所遵循的 3D 打印路徑細節。每個特征都用顏色標識：導電路徑（綠色）、絕緣層（紅色）、支撐（藍色）、固化軌跡（黃色）

采用多模態多材料擠出系統整體3D打印的三維銀墨堆疊螺線管：打印過程中 (a)，打印后空芯螺線管的俯視圖 (b)，打印后 FeSiAl-尼龍芯螺線管的俯視圖 (c)

該多模式、多材料擠出系統基于E3D運動系統和換刀裝置，包含一個機器人操作裝置和最多四種不同的工具，這些工具可以在單個打印作業中依次拾取和使用。構成機器最終配置為：

??線材擠出機

??顆粒擠出機

??墨水擠出機

??加熱器

為了適應顆粒和墨水擠出機比原先的線材擠出機更大的尺寸，在它們不工作時將它們固定到打印機框架上的底座進行了修改。整套系統的零件成本不到4000美元。

E3D Hemera 長絲擠出機 (a)、Mahor v4 顆粒擠出機（帶有定制的 3D 打印部件，可與 E3D ToolChanger 兼容） (b)、定制的墨水擠出機 (c) 和用于墨水固化的加熱器 (d)

雖然該電機需要少量組裝，但它驗證了使用單一、多功能平臺生產完全3D打印電機的概念，顯示出其整體式、單步制造的潛力。

注：本文由3D打印技術參考創作，未經聯系授權，謝絕轉載。

歡迎轉發

1.

2.

3.

4.