Nowo opracowana technika drukowania 3D może zostać wykorzystana do ekonomicznego wytwarzania niestandardowych elektronicznych „maszyn” wielkości owadów, które umożliwiają zaawansowane zastosowania w robotyce, urządzeniach medycznych i innych.
Przełom może potencjalnie zmienić reguły gry w produkcji niestandardowych układów mikroelektromechanicznych (MEMS) opartych na chipach. Te mini-maszyny są masowo produkowane w dużych ilościach dla setek produktów elektronicznych, w tym smartfonów i samochodów, gdzie zapewniają dokładność pozycjonowania. Jednak w przypadku bardziej wyspecjalizowanej produkcji czujników w mniejszych ilościach, takich jak akcelerometry do samolotów i czujniki drgań do maszyn przemysłowych, technologie MEMS wymagają kosztownego dostosowywania.
Frank Niklaus, który kierował badaniami w Królewskim Instytucie Technologicznym KTH w Sztokholmie, mówi, że nowa technika drukowania 3D, opublikowana w Nature Microsystems & Nanoengineering, zapewnia sposób na obejście ograniczeń konwencjonalnej produkcji MEMS.
„Koszty rozwoju procesu produkcyjnego i optymalizacji konstrukcji urządzeń nie zmniejszają się przy niższych wielkościach produkcji” – mówi. W rezultacie inżynierowie stają przed wyborem nieoptymalnych gotowych urządzeń MEMS lub ekonomicznie nieopłacalnych kosztów rozruchu.
Inne niskonakładowe produkty, które mogą skorzystać na tej technice, obejmują jednostki sterujące ruchem i wibracjami do robotów i narzędzi przemysłowych, a także turbiny wiatrowe.
Naukowcy oparli się na procesie zwanym polimeryzacją dwufotonową, który może wytwarzać obiekty o wysokiej rozdzielczości, o wielkości zaledwie kilkuset nanometrów, ale nie zdolne do wykrywania funkcjonalności. Aby uformować elementy przewodzące, metoda wykorzystuje technikę zwaną maskowaniem cieni, która działa jak szablon. Na konstrukcji wydrukowanej w 3D wytwarzają elementy o przekroju w kształcie litery T, które działają jak parasole. Następnie nakładają metal z góry, w wyniku czego boki elementów w kształcie litery T nie są pokryte metalem. Oznacza to, że metal na górze litery T jest elektrycznie odizolowany od reszty konstrukcji.
Jak twierdzi, dzięki tej metodzie wyprodukowanie kilkunastu specjalnie zaprojektowanych akcelerometrów MEMS przy użyciu stosunkowo niedrogich komercyjnych narzędzi produkcyjnych zajmuje tylko kilka godzin. Metodę tę można wykorzystać do prototypowania urządzeń MEMS i produkcji małych i średnich partii od dziesiątek tysięcy do kilku tysięcy czujników MEMS rocznie w ekonomicznie opłacalny sposób.
„To jest coś, co do tej pory nie było możliwe, ponieważ koszty uruchomienia produkcji produktu MEMS przy użyciu konwencjonalnej technologii półprzewodnikowej są rzędu setek tysięcy dolarów, a czas realizacji wynosi kilka miesięcy lub więcej” – mówi. . „Nowe możliwości oferowane przez MEMS drukowane w 3D mogą zaowocować nowym paradygmatem w produkcji MEMS i czujników.
„Skalowalność to nie tylko zaleta w produkcji MEMS, to konieczność. Ta metoda umożliwiłaby wytwarzanie wielu rodzajów nowych, niestandardowych urządzeń”.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez KTH, Królewski Instytut Technologiczny. Oryginał napisany przez Davida Callahana. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.