Настольная 3D-печать для производства высококачественных микромоторных систем
Исследователи из Лаборатории технологий Microsystems Technology из Массачусетского технологического института разработали способ создания высококачественных микромоторных систем (MEMS) с использованием настольных 3D-принтеров. Производство MEMS таким образом стоит лишь один процент от технологии, доступной на рынке, и качество неплохое.
MEMS - очень небольшое техническое устройство с размером компонентов, обычно от 1 до 100 микрон. В 2014 году рыночная мощность MEMS достигла 12 миллиардов долларов США, но порог производства этого продукта очень высок. Для производства MEMS необходимо использовать передовое оборудование для производства полупроводников, а стоимость изготовления такого оборудования часто составляет десятки миллионов долларов. Такие огромные инвестиционные требования значительно затруднили разработку потенциально полезных устройств в MEMS.
Но две публикации, опубликованные исследователями Лаборатории технологии MIT Microsystems недавно, показали, что эти финансовые препятствия, скорее всего, будут устранены в ближайшее время. В одной из этих двух работ доказывается, что производительность газового сенсора MEMS, выполненного с помощью настольного устройства, сопоставима с производительностью дорогостоящего производственного объекта, а другая бумага подтверждает суть этого рабочего устройства для настольных компьютеров. Части могут быть изготовлены с помощью 3D-принтера.
Понятно, что исследователи могут снизить стоимость этих газовых датчиков до небольшой доли, удалив самые дорогие части процесса производства, высокую температуру и вакуум. «Производство нашей добавки основано на низкой температуре и отсутствии вакуума», - сказал Луис Фернандо Веласкес-Гарсия, ведущий научный сотрудник лаборатории технологий Microsystems и старший автор двух статей. «Самая высокая температура, которую мы используем, составляет около 60 градусов по Цельсию. Если вы на чипе, вам может понадобиться вырастить оксиды, которые растут примерно при 1000 градусах Цельсия. Во многих случаях в реакторе необходим высокий вакуум для предотвращения загрязнения. Мы можем сделать эти устройства очень быстро, от начала и до конца всего за несколько часов ».
Этот экономичный газовый датчик в основном использует небольшие листы графенового оксида, который имеет только один атом и имеет необычные электрические свойства. Поскольку этот графеновый лист очень тонкий, контакт с молекулами газа достаточен для изменения его электрического сопротивления, что делает его чрезвычайно полезным для восприятия. «Мы сравнили этот датчик газа напрямую с аналогичными коммерческими продуктами, которые продаются за сотни долларов», - говорит Веласкес-Гарсия. «Результатом нашего прибытия является то, что он такой же точный и быстрый. Мы производим продукты по очень низкой цене - около нескольких десятков центов, которые сопоставимы или даже лучше подходят для продуктов на рынке ».
Фактически, исследователи изначально планировали использовать более дорогой передатчик EFI для изготовления газовых датчиков с использованием обычных технологий, но позже выяснили, что есть 3D-принтер, который также может использоваться для создания таких же размеров и производительности передатчиков, как потребительские марки , альтернативы. Трехмерная печать также позволяет исследователям настраивать каждый компонент для определенной цели, что делает весь процесс более конструктивным. «Когда мы начали их разрабатывать, вообще не было бы понятия, - объясняет Веласкес-Гарсия. «Но через неделю у нас есть потенциал для создания 15 поколений оборудования, каждый из которых будет работать лучше, чем предыдущая версия».
Хотя это исследование показывает преимущества технологии 3D-печати в производстве MEMS, ученые очень осторожны в продвижении этих хороших новостей. «Конечно, этот документ открывает совершенно новый технологический путь для производства газовых микродатчиков», - сказал Ян Дзюбан, глава отдела микроинжиниринга в Вроцлавском технологическом университете в Польше. «С технической точки зрения, эта технология проста в использовании для крупномасштабного производства. Этот результат требует статистического доказательства. Личный опыт говорит мне, что в прошлом было много исследовательских работ высокого уровня, которые представили много перспективных материалов для новых датчиков, но в конце концов не было надежного продукта ».
