MIT stellt Elektromagnete per 3D-Drucker her

Vollwertiger 3D-gedruckter Elektromagnet auf einer Viertel-Dollar-Münze (Foto: mit.edu)

Cambridge (pte019/26.02.2024/11:30) - Eine neue 3D-Drucktechnik von Forschern des Massachusetts Institute of Technology ( https://www.mit.edu ) (MIT) stellt in abgelegenen Regionen und sogar im Weltraum Elektromagnete her. Luis Fernando Velásquez-García und sein Team ersetzen damit aufwendige, umweltschädliche und teure Pulvermetallurgie-Verfahren. Elektromagnete besitzen einen metallischen Kern, der magnetisierbar ist, um den herum eine Spule gewickelt wird. Fließt elektrischer Strom hindurch, entwickeln sich starke Magnetkräfte. Elektromagnete sind die Herzstücke vieler technischer Geräte, unter anderem in bildgebenden Verfahren in der Medizin.

Magnet in einem Arbeitsgang

Die Forscher haben einen Multimaterial-3D-Drucker so modifiziert, dass er komplette Elektromagnete mit Kern und Spule in einem Schritt drucken kann. Dadurch werden Defekte vermieden, die bei der Nachbearbeitung, etwa durch Schleifen, entstehen können. Die so gedruckten Magnete erzeugen dreimal stärkere Magnetkräfte als vergleichbare Produkte, heißt es.

"Es gibt keinen Grund, leistungsfähige Hardware nur in einigen wenigen Fertigungszentren herzustellen, wenn der Bedarf weltweit besteht. Anstatt Hardware in die ganze Welt zu verschicken, können wir die Menschen an beliebigen Orten befähigen, sie selbst herzustellen. Die additive Fertigung kann eine enorme Rolle bei der Demokratisierung dieser Technologien spielen", so Velásquez-García.

Drei Werkstoffe kombiniert

Die Magnete werden durch präzises Übereinanderschichten von drei verschiedenen Materialien hergestellt. Ein dielektrisches Material dient als Isolator, ein leitendes Material bildet die elektrische Spule und ein weichmagnetisches Material kommt für den Kern zum Einsatz. Die Forscher haben einen Drucker mit vier Düsen gewählt, da sie zwei weichmagnetische Materialien ausprobierten, eines auf der Basis eines biologisch abbaubaren Thermoplasts und das andere auf der Grundlage von Nylon. In beiden Fällen sind die magnetisierbaren Nanopartikel in den Kunststoff eingebettet, der vergleichsweise niedrige Temperaturen benötigt, um zu schmelzen und damit druckbar zu werden.

Mit der neuen Drucktechnik haben die MIT-Experten Elektromagnete aus acht Schichten produziert. Die Spulen aus leitendem und isolierendem Material umgeben den Kern wie eine Wendeltreppe. Je mehr Schichten aufgebracht werden, umso größer sind die magnetischen Kräfte, die die Spule erzeugt. Sie ist etwa so groß wie eine Viertel-Dollar-Münze. Größere Elektromagnete sind mit dieser Technik noch nicht herstellbar, doch viele Geräte kommen damit aus. Die Forscher schätzen, dass der Drucker in der Serienproduktion 4.000 Dollar kostet.

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