Stampato in 3D un motore elettrico lineare completamente funzionante in un solo processo

Un gruppo di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT), nell'ambito dei Microsystems Technology Laboratories, ha sviluppato una piattaforma di estrusione multimateriale in grado di realizzare un motore elettrico lineare pienamente funzionante attraverso un unico processo di stampa 3D, a parte una breve fase di magnetizzazione al termine della produzione.

Il risultato, descritto in un lavoro pubblicato sulla rivista Virtual and Physical Prototyping, rappresenta un'evoluzione rispetto alle tradizionali stampanti 3D a estrusione, generalmente limitate alla gestione di uno o due materiali plastici. In questo caso, il sistema integra quattro differenti moduli di estrusione - per filamento, pellet, inchiostro conduttivo e riscaldamento - consentendo la deposizione coordinata di cinque materiali funzionali distinti.

La piattaforma sviluppata dal MIT combina:

• materiale strutturale/dielettrico per corpo e isolamento
• materiale elettricamente conduttivo per i percorsi di corrente
• materiale magnetico morbido per la gestione dei campi
• materiale magnetico duro per il comportamento da magnete permanente
• materiale flessibile per le parti che richiedono compliance meccanica

Integrare questi elementi in un'unica sequenza automatizzata non è un'operazione banale. I materiali conduttivi, ad esempio, sono spesso formulati come inchiostri che richiedono sistemi di dispensazione a pressione, mentre le plastiche strutturali vengono tipicamente estruse tramite riscaldamento. Inoltre, l'isolamento può degradarsi se esposto a temperature o radiazioni UV eccessive durante la polimerizzazione. A ciò si aggiunge la necessità di un allineamento estremamente preciso tra i vari cambi utensile: minimi errori di registrazione possono compromettere la funzionalità di un dispositivo elettromeccanico.

Il sistema del MIT affronta queste criticità tramite una rete di sensori e un framework di controllo che garantisce il corretto posizionamento di ciascun ugello strato dopo strato.

Per dimostrare le capacità della piattaforma, il team ha realizzato un motore elettrico lineare, tipologia utilizzata in ambiti quali robotica pick-and-place, sistemi di posizionamento ottico e trasportatori industriali, dove è richiesta precisione nel movimento rettilineo più che velocità di rotazione. La stampa del dispositivo ha richiesto circa tre ore. L'unico passaggio successivo è consistito nella magnetizzazione del materiale magnetico duro; completata questa fase, il motore risulta immediatamente operativo.

Secondo i ricercatori, le prestazioni ottenute sono risultate comparabili - e in alcuni casi superiori - a quelle di motori lineari prodotti con tecniche manifatturiere tradizionali, che per prototipi personalizzati possono richiedere da diverse settimane fino a mesi, soprattutto in presenza di attrezzature dedicate.

Il costo dei soli materiali impiegati per ciascun motore è stimato intorno ai 50 centesimi di dollaro. Si tratta di un valore che non implica una sostituzione immediata dei processi industriali consolidati, ma che evidenzia il potenziale della produzione additiva multimateriale per la prototipazione rapida e la realizzazione di componenti personalizzati in loco.

La possibilità di stampare parti elettromeccaniche complete direttamente sul posto riduce la dipendenza da catene di fornitura globali, aspetto particolarmente rilevante in contesti caratterizzati da interruzioni logistiche o difficoltà di approvvigionamento. In prospettiva, basterebbe disporre dello schema o del modello digitale del componente per procedere alla produzione in tempi contenuti.

Il gruppo guidato, tra gli altri, dal ricercatore Luis Fernando Velásquez-García, sottolinea che il progetto rappresenta un punto di partenza. Tra gli obiettivi futuri vi sono l'integrazione della fase di magnetizzazione direttamente nel processo di stampa e l'estensione della tecnologia alla realizzazione di motori rotativi completamente stampati in 3D.

Se tali traguardi verranno raggiunti, la manifattura di dispositivi elettromeccanici complessi potrebbe evolvere verso modelli più distribuiti e flessibili, in cui progettazione digitale e produzione convergono in un'unica catena operativa.