Desktop 3D-udskrivning til fremstilling af mikromotoriske systemer af høj kvalitet
Forskere ved Massachusetts Institute of Technology's Microsystems Technology Lab har udviklet en måde at lave højkvalitetsmikromotorsystemer (MEMS) ved hjælp af desktop 3D-printere. Produktion MEMS på denne måde koster kun en procent af den tilgængelige teknologi på markedet, og kvaliteten er ikke dårlig.
MEMS er en meget lille teknisk enhed med en komponentstørrelse, der typisk varierer fra 1 til 100 mikron. I 2014 har markedskapaciteten for MEMS nået 12 milliarder amerikanske dollars, men produktionstærsklen for dette produkt er meget høj. For at producere MEMS skal avanceret halvlederfremstillingsudstyr anvendes, og omkostningerne ved fremstilling af sådant udstyr er ofte titusindvis af millioner. Sådanne store investeringskrav har betydeligt hæmmet udviklingen af potentielt nyttige enheder i MEMS.
Men to papirer udgivet af forskere ved MIT Microsystems Technology Laboratory viste for nylig, at disse finansielle hindringer sandsynligvis vil blive elimineret snart. I et af disse to papirer beviser man, at udførelsen af en MEMS-gasføler lavet med en stationær enhed er sammenlignelig med den for en dyr fremstillingsanlæg, og et andet papir beviser kernen i denne desktopfremstillingsanordning. Dele kan laves med en 3D printer.
Det er underforstået, at forskere kan reducere omkostningerne ved disse gassensorer til en lille del ved at fjerne de dyreste dele af produktionsprocessen, høj temperatur og vakuum. "Vores additivproduktion er baseret på lav temperatur og intet vakuum," sagde Luis Fernando Velásquez-García, ledende forsker ved Microsystems Technology Laboratory og seniorforfatter af to papirer. "Den højeste temperatur vi bruger er omkring 60 grader Celsius. Hvis du er på en chip, skal du muligvis vokse oxider, som vokser ved ca. 1000 grader Celsius. I mange tilfælde er der brug for et højvakuum i reaktoren for at forhindre forurening. Vi kan gøre disse enheder meget hurtigt, fra start til slut på få timer. "
Denne økonomiske gasføler bruger primært små ark grafenoxid, som kun er et atom tykt og har usædvanlige elektriske egenskaber. Da dette grafenark er meget tyndt, er kontakten med gasmolekyler tilstrækkelig til at ændre dens elektriske modstand, hvilket gør det yderst nyttigt til sensing. "Vi har sammenlignet denne gasføler direkte til lignende kommercielle produkter, der sælger for hundredvis af dollars," siger Velásquez-García. "Resultatet af vores ankomst er, at det er lige så præcist og hurtigere. Vi producerer produkter til meget lave omkostninger - omkring et par titus cent - der kan sammenlignes med eller endda bedre på produkterne på markedet. "
Faktisk havde forskerne oprindeligt brug for at bruge en dyrere EFI-sender til at fremstille gassensorer ved hjælp af konventionelle teknikker, men de opdagede senere, at der er en 3D-printer, som også kan bruges til at lave sendere, der er af samme størrelse og ydeevne som forbrugerkvaliteter . alternativer. 3D-udskrivning gør det også muligt for forskere at tilpasse hver komponent til et bestemt formål, hvilket gør hele processen mere konstruktiv. "Da vi begyndte at designe dem, kunne der slet ikke være noget koncept," forklarer Velásquez-García. "Men inden for en uge har vi potentialet til at skabe 15 generationer udstyr, som hver især vil fungere bedre end den tidligere version."
Selvom denne undersøgelse viser fordelene ved 3D-printteknologi i MEMS-fremstillingen, er forskere meget forsigtige med at fremme denne gode nyhed. "Selvfølgelig åbner dette papir en helt ny teknologisk vej til fremstilling af gasmikrosensorer," sagde Jan Dziuban, chef for mikroengineeringsafdelingen ved Wroclaw University of Technology i Polen. "Teknisk set er denne teknologi nem at bruge til storskala fremstilling. Dette resultat kræver statistisk bevis. Personlig erfaring fortæller mig, at der tidligere har været mange højtstående forskningsdokumenter, der introducerede mange lovende materialer til nye sensorer, men i sidste ende var der ikke noget pålideligt produkt. "
