Investigadores del MIT modificaron una impresora 3D multimaterial para producir solenoides tridimensionales en un solo paso colocando capas de bobinas ultrafinas de tres materiales diferentes.

Los solenoides, electroimanes formados por una bobina de alambre enrollada alrededor de un núcleo magnético, son un componente fundamental de muchos componentes electrónicos, desde máquinas de diálisis y respiradores hasta lavadoras y lavavajillas.

La nueva impresora 3D personalizada, que podía utilizar materiales de mayor rendimiento que las impresoras comerciales típicas, permitió a los investigadores producir solenoides que podían soportar el doble de corriente eléctrica y generar un campo magnético tres veces mayor que otros dispositivos impresos en 3D.

El nuevo hardware de impresión puede abaratar la producción de dispositivos y resultar especialmente útil en la exploración espacial. Por ejemplo, en lugar de enviar piezas electrónicas de repuesto a una base en Marte, lo que podría llevar años y costar millones de dólares, se podría enviar una señal que contenga archivos para la impresora 3D, dice Luis Fernando Velásquez-García, investigador principal del Laboratorios de Tecnología de Microsistemas (MTL) del MIT (Massachusetts Institute of Technology).

«No hay razón para fabricar hardware capaz en sólo unos pocos centros de fabricación cuando la necesidad es global. En lugar de intentar enviar hardware a todo el mundo, ¿podemos capacitar a personas en lugares distantes para que lo fabriquen ellos mismos? La fabricación aditiva puede desempeñar un papel enorme en términos de democratizar estas tecnologías», añade en un comunicado Velásquez-García, autor principal de un nuevo artículo sobre los solenoides impresos en 3D que aparece en la revista Virtual and Physical Prototyping.

Con la fabricación aditiva, se pueden producir dispositivos de prácticamente cualquier tamaño y forma. Sin embargo, esto presenta sus propios desafíos, ya que fabricar un solenoide implica enrollar capas delgadas hechas de múltiples materiales que pueden no ser todos compatibles con una máquina.

Para superar estos desafíos, los investigadores necesitaron modificar una impresora 3D de extrusión comercial. La impresión por extrusión fabrica objetos una capa a la vez lanzando material a través de una boquilla. Normalmente, una impresora utiliza un tipo de material como materia prima, a menudo carretes de filamento.

«Algunas personas en el campo los menosprecian porque son simples y no tienen muchas comodidades, pero la extrusión es uno de los pocos métodos que permite realizar impresiones monolíticas y multimateriales», dice Velásquez-García.

Esto es clave, ya que los solenoides se producen colocando con precisión tres materiales diferentes en capas: un material dieléctrico que sirve como aislante, un material conductor que forma la bobina eléctrica y un material magnético blando que forma el núcleo.

El equipo seleccionó una impresora con cuatro boquillas, una dedicada a cada material para evitar la contaminación cruzada. Necesitaron cuatro extrusoras porque probaron dos materiales magnéticos blandos, uno a base de un termoplástico biodegradable y el otro a base de nailon.

Actualizaron la impresora para que una boquilla pudiera extruir gránulos, en lugar de filamento. El suave nailon magnético, que está hecho de un polímero flexible tachonado de micropartículas metálicas, es prácticamente imposible de producir como filamento. Sin embargo, este material de nailon ofrece un rendimiento mucho mejor que las alternativas basadas en filamentos.

El uso del material conductor también planteaba desafíos, ya que comenzaría a derretirse y atascaría la boquilla. Los investigadores descubrieron que agregar ventilación para enfriar el material impedía esto. También construyeron un nuevo portacarretes para el filamento conductor que estaba más cerca de la boquilla, reduciendo la fricción que podría dañar los finos hilos.

Incluso con las modificaciones del equipo, el hardware personalizado costó alrededor de 4.000 dólares, por lo que esta técnica podría ser empleada por otros a un costo menor que otros enfoques, añade Velásquez-García.

Fuente: europapress.es