Công nghệ in 3D chế tạo các thiết bị với nam châm vĩnh cửu

Ngày nay, phương pháp in 3D có thể vượt qua những những khó khăn trong quy trình sản xuất các chi tiết theo yêu cầu với vật liệu từ tính, do công nghệ này cho phép dễ dàng chế tạo các cấu trúc phức tạp nhằm nâng cao hiệu suất và sản xuất.

Các phương pháp sản xuất hiện nay cho loại vật liệu từ tính này là ép phun và thiêu kết thường đối mặt với những trở ngại, đặc biệt là trong sản xuất các chi tiết có cấu trúc hình học phức tạp.

Nam châm ép phun mang lại sự tự do thiết kế đáng kể nhưng kỹ thuật không thể sử dụng để chế tạo các thiết bị đa thành phần với sự tích hợp phức tạp các vật liệu khác nhau.

Nam châm thiêu kết cho phép kết hợp nhiều loại vật liệu khác nhau, nhưng yêu cầu phải nung nóng và ép nén, do đó hạn chế độ phức tạp của chi tiết và thiết bị. Gia công sau chế tạo là một thách thức lớn, do các vật liệu từ tính thường cứng, giòn, dễ tự cháy và rạn nứt.

Sử dụng những khả năng của công nghệ in 3D, nam châm composite hiệu suất cao có thể được tạo khuôn mẫu chính xác thành các hình dạng và cấu trúc thiết kế phức tạp. Ngoài ra, nam châm tùy chỉnh có thể được thiết kế riêng cho các ứng dụng cụ thể và được in trực tiếp vào cấu trúc chi tiết, giảm thiểu chi phí lắp ráp thêm các bộ phận linh kiện.

Những chi tiết phức tạp được máy in 3D công nghệ FDM thực hiện. Ảnh Advanced Science News

Trong một nghiên cứu hợp tác giữa các nhà nghiên cứu thuộc Phòng thí nghiệm Robot đa quy mô (MSRL), Viện Robot và Hệ thống thông minh (IRIS) và ETH Zurich tại Thụy Sĩ, TS Salvador Pané và đồng nghiệp công bố khả năng sản xuất nhiều loại chi tiết đa hình dạng bằng phương pháp in 3D từ vật liệu tổng hợp nhiệt dẻo với các thuộc tính từ tính có thể điều chỉnh, thể hiện tính hiệu quả và mức độ phức tạp cao có thể đạt được bằng cách sử dụng máy in 3D Công nghệ FDM (Fused deposition modeling) phun nén mới nhất.

TS Salvador Pané, chủ nhiệm dự án cho biết, sử dụng công nghệ in 3D cho các chi tiết từ tính là bước nhảy vọt đối với kỹ thuật chế tạo linh hoạt tại chỗ các thiết bị từ tính phức tạp, điều không khả thi với những kỹ thuật sản xuất thông thường.

Những vật liệu composite tổng hợp được sản xuất từ polyamide chứa các hạt từ tính có kích thước và tính năng từ tính khác nhau, nhờ đó các nhà thiết kế có thể điều chỉnh những tính chất từ của các cấu trúc chi tiết được in 3D khác nhau.

Một trong những sản phẩm ấn tượng của nhóm nghiên cứu là, sử dụng tính linh hoạt của máy in 3D Công nghệ FDM chế tạo một hộp số từ tính với các cấu trúc chi tiết khác nhau có các bộ phận từ tính và phi từ tính, không cần lắp ráp lại sau khi in.

Sản phẩm tiềm năng của nhóm nghiên cứu là bộ mã hóa quay từ tính (cảm biến chuyển động cơ học tạo ra tín hiệu số cung cấp thông tin về vị trí, vận tốc và hướng), một trong những thành phần chính trong robot công nghiệp, cũng được các nhà khoa học giới thiệu.

Sử dụng công nghệ in 3D vật liệu từ tính composite, nhóm nghiên cứu đạt được một bước phát triển quan trọng trong việc chế tạo các bộ phận, chi tiết từ tính. Nhiệm vụ then chốt trong tương lai là vượt qua những thách thức trong giải pháp thu nhỏ những cấu trúc này và tăng cường những tính năng cơ học.