Ein kompletter Elektromotor, gedruckt in rund 3 Stunden aus fünf verschiedenen Materialien – bei Materialkosten von nur 0,50 US-Dollar. Genau das ist Forschern am Massachusetts Institute of Technology (MIT) gelungen. Statt Bauteile einzeln zu fertigen und später zu montieren, entsteht der Motor in einem einzigen Druckprozess. Der Weg zum E-Bike-Antrieb aus dem 3D-Drucker ist allerdings noch weit.
So druckt das MIT einen Elektromotor in einem Durchgang
Das Team um Luis Fernando Velásquez-García hat einen bestehenden 3D-Drucker mit vier Extrudern aufgerüstet, die jeweils ein anderes Material verarbeiten. Insgesamt kommen fünf verschiedene Materialien zum Einsatz: stromleitende und magnetische Filamente sowie isolierender Kunststoff. Manche werden als geschmolzenes Filament aufgetragen, andere als leitfähige Tinte unter Druck. So entsteht ein funktionsfähiger Linearmotor Schicht für Schicht.
Der große Unterschied zur klassischen Fertigung liegt im Wegfall einzelner Montageschritte. Normalerweise entstehen Wicklungen, Gehäuse und Magnetsegmente separat und werden später zusammengefügt. Hier wächst fast alles als Einheit. Lediglich ein Nachbearbeitungsschritt ist nötig: Die hartmagnetischen Bauteile müssen nach dem Druck magnetisiert werden. Auch diesen Schritt wollen die Forscher künftig in den Druckprozess integrieren.
Linearmotor statt Rotationsmotor
Gedruckt wurde ein Linearmotor, also ein Antrieb mit geradliniger Bewegung. Solche Motoren kommen vor allem in der Robotik und in Fördersystemen zum Einsatz. E-Bikes hingegen benötigen einen Rotationsmotor, der Drehmoment auf Kurbel oder Hinterrad überträgt. Genau deshalb ist der MIT-Motor noch kein Fahrrad-Antrieb.
Immerhin: Der gedruckte Motor erzeugt laut den Forschern mehrfach mehr Kraft als vergleichbare hydraulisch verstärkte Linearantriebe. Das Prinzip lässt sich grundsätzlich auch auf rotierende Systeme übertragen – genau das ist der nächste Schritt, den das MIT-Team plant.
Bauteile heute, kompletter Motor morgen?
Wie stark sich Motoren derzeit weiterentwickeln, zeigt ein Blick auf die aktuelle Generation neuer E-Bike-Antriebe mit hoher Leistungsdichte und geringem Gewicht. In diesem Umfeld spielt 3D-Druck bereits eine Rolle, allerdings eher bei einzelnen Komponenten. Additive Drives aus Dresden fertigt gedruckte Kupferwicklungen mit 45 Prozent mehr Leistungsdichte, während Binova 3D-gedruckte Bauteile in Pedelec-Motoren integriert.
Der MIT-Durchbruch zeigt, dass eine elektrische Maschine vollständig in einem Druckprozess entstehen kann. Realistisch ist daher zunächst der weitere Ausbau gedruckter Komponenten, bevor komplette Antriebe folgen. Dass eine 3D-Fertigung im Fahrradbereich bereits funktioniert, hat der Urwahn Straßenfalke gezeigt. Entscheidend ist, ob sich Effizienz, Haltbarkeit und Wirtschaftlichkeit auf das Niveau moderner Antriebe bringen lassen.
