Los motores dañados en máquinas automatizadas pueden interrumpir la producción en fábricas. Si los ingenieros no encuentran una pieza de repuesto, podrían tener que pedirla a un distribuidor lejano, ocasionando retrasos costosos.
Fabricar un nuevo motor en el sitio sería más rápido y económico, pero la producción de máquinas eléctricas suele requerir equipos especializados y procesos complejos, limitando la fabricación a unos pocos centros.
Desarrollo de plataforma de impresión 3D
Con el objetivo de democratizar la fabricación de dispositivos complejos, investigadores del MIT han creado una plataforma de impresión 3D multimaterial que permite imprimir máquinas eléctricas en un solo paso.
Este sistema está diseñado para procesar múltiples materiales funcionales, como compuestos eléctricos y magnéticos, utilizando cuatro herramientas de extrusión capaces de manejar diferentes formas de material imprimible. La impresora alterna entre extrusores que depositan el material capa por capa.
Producción de un motor eléctrico
Los investigadores utilizaron esta plataforma para fabricar un motor lineal eléctrico completamente impreso en 3D en cuestión de horas, empleando cinco materiales diferentes. Solo fue necesario realizar un paso adicional de post-procesamiento para que el motor funcionara plenamente.
El dispositivo ensamblado mostró un rendimiento igual o superior al de motores similares que requieren métodos de fabricación más complejos o pasos adicionales de post-procesamiento.
Este avance en la impresión 3D podría permitir la fabricación rápida de componentes electrónicos personalizables para robots, vehículos y equipos médicos, generando menos desperdicio.
Retos en la impresión 3D
“Este es un gran logro, pero apenas es el comienzo. Hay una oportunidad para cambiar fundamentalmente la forma en que se fabrican las cosas, haciendo hardware en el lugar y en un solo paso, en vez de depender de una cadena de suministro global”, afirma Luis Fernando Velásquez-García, científico principal en los Laboratorios de Tecnología de Micro sistemas del MIT (MTL).
En el trabajo también participan Jorge Cañada, estudiante de posgrado de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, quien es el autor principal, y Zoey Bigelow.
Los investigadores se centraron en la impresión 3D por extrusión, un método consolidado que implica la aplicación de material a través de una boquilla, capa por capa.
Fabricación de máquinas eléctricas
Para crear una máquina eléctrica, era necesario alternar entre varios materiales con diferentes funcionalidades, como un material conductor eléctrico y materiales magnéticos duros para la conversión eficiente de energía.
La mayoría de los sistemas de impresión 3D multimaterial solo pueden alternar entre dos materiales que vienen en la misma forma, como filamento o pellets, lo que llevó a los investigadores a diseñar su propio sistema.
Adaptaron una impresora existente con cuatro extrusores, cada uno capaz de manejar una forma diferente de materia prima. Esta complejidad requiere un diseño cuidadoso para asegurar que todos los materiales funcionen correctamente.
Perspectivas futuras
Después de perfeccionar la plataforma de impresión, los investigadores fabricaron un motor lineal en aproximadamente tres horas, solo requiriendo la magnetización de los materiales magnéticos duros después de la impresión para su funcionalidad completa. Los costos de material se estiman en unos 50 centavos por dispositivo.
El motor impreso en 3D logró generar varias veces más actuación que un tipo común de motor lineal que depende de amplificadores hidráulicos. “Estamos inspirados por este motor y su rendimiento, pero también por el potencial de cambiar la fabricación de electrónica”, concluye Velásquez-García.
En el futuro, los investigadores buscan integrar la magnetización en el proceso de extrusión multimaterial y demostrar la fabricación de motores eléctricos rotativos completamente impresos en 3D.
Esta investigación cuenta con financiación parcial de Empiriko Corporation y la Fundación La Caixa.
