Investigadores del MIT desarrollan una plataforma de impresión 3D que fabrica motores eléctricos complejos en pocas horas, utilizando múltiples materiales funcionales y simplificando el proceso de producción.
La avería de un motor en una máquina automatizada puede paralizar la producción en una fábrica. Si los ingenieros no logran encontrar una pieza de repuesto, podrían verse obligados a solicitarla a un distribuidor que se encuentra a cientos de kilómetros, lo que genera costosos retrasos en la producción.
La solución más eficiente sería fabricar un nuevo motor in situ, pero la creación de máquinas eléctricas suele requerir equipos especializados y procesos complicados, lo que limita esta producción a unos pocos centros manufactureros.
Con el objetivo de democratizar la fabricación de dispositivos complejos, investigadores del MIT han desarrollado una plataforma de impresión 3D multimaterial que permite imprimir completamente máquinas eléctricas en un solo paso.
Este sistema está diseñado para procesar múltiples materiales funcionales, incluyendo aquellos que son eléctricamente conductores y magnéticos. Utiliza cuatro herramientas de extrusión capaces de manejar diversas formas de material imprimible. La impresora alterna entre los extrusores, depositando el material mediante un proceso controlado mientras fabrica el dispositivo capa por capa.
Los investigadores lograron producir un motor lineal eléctrico totalmente impreso en 3D en cuestión de horas utilizando cinco materiales diferentes. Solo fue necesario realizar un paso adicional de post-procesamiento para que el motor funcionara plenamente.
El dispositivo ensamblado demostró un rendimiento igual o superior al de motores similares que requieren métodos de fabricación más complejos o pasos adicionales de post-procesamiento. Esta plataforma de impresión 3D podría facilitar la creación rápida y personalizada de componentes electrónicos para robots, vehículos o equipos médicos, generando significativamente menos desperdicio.
"Este es un gran logro, pero apenas es el comienzo. Tenemos la oportunidad de cambiar fundamentalmente la forma en que se fabrican las cosas al producir hardware in situ en un solo paso, en lugar de depender de una cadena global de suministro", afirma Luis Fernando Velásquez-García, científico investigador principal en los Laboratorios de Tecnología Microelectrónica del MIT y autor principal del artículo donde se describe esta plataforma, publicado recientemente en Virtual and Physical Prototyping.
En la investigación también participaron estudiantes graduados del departamento de ingeniería eléctrica y ciencias computacionales (EECS), como Jorge Cañada, quien figura como autor principal, y Zoey Bigelow.
Los investigadores centraron sus esfuerzos en la impresión 3D por extrusión, un método consolidado que implica empujar material a través de una boquilla para fabricar objetos capa por capa. Para crear una máquina eléctrica, era necesario alternar entre varios materiales con diferentes funcionalidades; por ejemplo, se requería un material conductor para transportar corriente eléctrica y materiales magnéticos duros para generar campos magnéticos eficientes.
A diferencia de muchos sistemas convencionales que permiten cambiar únicamente entre dos materiales similares, este equipo tuvo que diseñar su propio sistema. Adaptaron una impresora existente con cuatro extrusores capaces de manejar distintas formas de materia prima.
Cada extrusor fue cuidadosamente diseñado para equilibrar los requisitos y limitaciones del material utilizado. Por ejemplo, el material conductor debe endurecerse sin necesidad de aplicar demasiado calor o luz UV, ya que esto podría degradar otros componentes dieléctricos.
A pesar del entusiasmo por el rendimiento del motor creado, Velásquez-García subraya que este avance es solo un ejemplo del potencial transformador que tiene esta tecnología sobre cómo se fabrican los productos electrónicos. En el futuro cercano, los investigadores planean integrar el paso de magnetización dentro del proceso multimaterial y demostrar la fabricación completa de motores eléctricos rotativos impresos en 3D.
Este trabajo ha sido financiado parcialmente por Empiriko Corporation y la Fundación La Caixa.