Недавно разработанная технология 3D-печати может быть использована для экономически эффективного производства индивидуальных электронных «машин» размером с насекомое, которые могут обеспечить передовые приложения в робототехнике и медицинских устройствах.
В частности, этот прорыв может изменить правила игры для производства специализированных микроэлектромеханических систем на основе микросхем (МЭМС). Эти мини-машины производятся серийно в больших объемах для сотен электронных изделий , включая смартфоны и автомобили, где они обеспечивают точность позиционирования. Но для более специализированного производства датчиков в меньших объемах, таких как акселерометры для самолетов и датчики вибрации для промышленного оборудования, технологии MEMS требуют дорогостоящей настройки.
Франк Никлаус, который руководил исследованиями в Королевском технологическом институте KTH в Стокгольме, говорит, что новая технология 3D-печати, опубликованная в журнале Microsystems & Nanoengineering , позволяет обойти ограничения традиционного производства МЭМС.
«Затраты на разработку производственного процесса и оптимизацию конструкции устройств не снижаются при меньших объемах производства», — говорит он. В результате инженеры сталкиваются с выбором между неоптимальными готовыми МЭМС-устройствами или экономически невыгодными начальными затратами.
Другие малосерийные продукты, которые могут извлечь выгоду из этой технологии, включают блоки управления движением и вибрацией для роботов и промышленных инструментов, а также ветряные турбины.
Исследователи построили процесс, называемый двухфотонной полимеризацией, который может создавать объекты с высоким разрешением размером всего в несколько сотен нанометров, но не способен воспринимать функциональные возможности. Для формирования трансдуцирующих элементов метод использует технику, называемую теневым маскированием, которая работает как трафарет.
На 3D-печатной структуре они изготавливают детали с Т-образным поперечным сечением, которые работают как зонтики. Затем они осаждают металл сверху, и в результате стороны Т-образных элементов не покрываются металлом. Это означает, что металл в верхней части Т электрически изолирован от остальной конструкции.
Никлаус говорит, что с помощью этого метода требуется всего несколько часов, чтобы изготовить около дюжины специально разработанных МЭМС-акселерометров с использованием относительно недорогих коммерческих производственных инструментов. По его словам, этот метод можно использовать для прототипирования устройств MEMS и производства малых и средних партий от десятков тысяч до нескольких тысяч датчиков MEMS в год экономически выгодным способом.
«Это то, что было невозможно до сих пор, потому что начальные затраты на производство продукта MEMS с использованием традиционной полупроводниковой технологии составляют порядка сотен тысяч долларов, а время выполнения заказа составляет несколько месяцев и более», — говорит он. . «Новые возможности, предлагаемые МЭМС, напечатанными на 3D-принтере, могут привести к новой парадигме в производстве МЭМС и датчиков ».
«Масштабируемость — это не просто преимущество в производстве МЭМС, это необходимость. Этот метод позволит производить многие виды новых специализированных устройств».
Теги: имплант, принтер, робототехника
