Desktop 3D-tulostus korkealaatuisten mikro-moottorijärjestelmien valmistukseen
Massachusetts Institute of Technologyin Microsystems Technology Labin tutkijat ovat kehittäneet keinon tehdä korkealaatuisia mikro-moottorijärjestelmiä (MEMS) käyttäen työpöydän 3D-tulostimia. Valmistus MEMS tällä tavalla maksaa vain yhden prosentin markkinoilla saatavilla olevasta teknologiasta ja laatu ei ole huono.
MEMS on hyvin pieni tekninen laite, jonka koon koko on tyypillisesti 1 - 100 mikronia. Vuonna 2014 MEMS: n markkinakapasiteetti on saavuttanut 12 miljardia dollaria, mutta tämän tuotteen tuotantokynnys on erittäin korkea. MEMS: n tuottamiseksi on käytettävä kehittyneitä puolijohdevalmistuslaitteita, ja tällaisten laitteiden valmistuskustannukset ovat usein kymmeniä miljoonia dollareita. Tällaiset valtavat investointivaatimukset ovat merkittävästi estäneet mahdollisesti hyödyllisten laitteiden kehittämistä MEMS: ssä.
Mutta kaksi MIT Microsystemsin tutkimuslaboratorion tutkijoiden julkaisemaa artikkelia osoittivat äskettäin, että nämä taloudelliset esteet todennäköisesti poistetaan pian. Yhdessä näistä kahdesta paperista todetaan, että pöytätietokoneella valmistetun MEMS-kaasusensorin suorituskyky on verrattavissa kalliiseen tuotantolaitokseen, ja toinen paperi osoittaa tämän työpöydän valmistuslaitteen ytimen. Osat voidaan tehdä 3D-tulostimella.
On selvää, että tutkijat voivat vähentää näiden kaasuntoimittajien kustannuksia pieneen osaan poistamalla tuotantoprosessin kalliimmat osat, korkean lämpötilan ja tyhjiön. "Lisäaineiden valmistus perustuu matalaan lämpötilaan eikä tyhjiöön", sanoo Microsystems Technology Laboratory: n johtava tutkija Luis Fernando Velásquez-García ja kahden paperin johtava kirjailija. "Käyttämämme korkein lämpötila on noin 60 celsiusastetta. Jos olet sirussa, saatat joutua kasvattamaan oksideja, jotka kasvavat noin 1000 celsiusasteella. Monissa tapauksissa reaktoriin tarvitaan suuri tyhjiö kontaminaation estämiseksi. Voimme tehdä nämä laitteet hyvin nopeasti, alusta loppuun muutamassa tunnissa. "
Tämä taloudellinen kaasutunnistin käyttää pääasiassa pieniä grapheneoksidilevyjä, joka on vain yksi atomi paksu ja jolla on epätavallisia sähköisiä ominaisuuksia. Koska tämä grafeenilevy on hyvin ohut, kosketus kaasumolekyylien kanssa riittää sen sähköisen resistanssin muuttamiseen, mikä tekee siitä erittäin hyödyllisen tunnistettavaksi. "Olemme verranneet tätä kaasuanturia suoraan samankaltaisiin kaupallisiin tuotteisiin, jotka myyvät satoja dollareita", sanoo Velásquez-García. "Saavutuksen tulos on, että se on yhtä tarkka ja nopeampi. Tuotamme tuotteita, jotka ovat verrattavissa tai jopa parempia markkinoilla oleviin tuotteisiin hyvin alhaisin kustannuksin - noin kymmeniä senttiä. "
Itse asiassa tutkijat alun perin aikovat käyttää kalliimpaa EFI-lähetintä kaasuantureiden valmistukseen tavanomaisilla tekniikoilla, mutta myöhemmin he havaitsivat, että on olemassa 3D-tulostin, jota voidaan käyttää myös sellaisten lähettimien valmistamiseen, jotka ovat samankokoisia ja suorituskykyisiä kuin kuluttajien arvosanat . vaihtoehtoja. Kolmiulotteinen tulostus mahdollistaa myös, että tutkijat voivat muokata jokainen komponentti tiettyyn tarkoitukseen, mikä tekee koko prosessista rakentavan. "Kun aloimme suunnitella niitä, ei ehkä ole mitään käsitystä", Velasquez-García selittää. "Mutta viikon kuluessa meillä on mahdollisuus luoda 15 sukupolvea laitteistoa, jotka kaikki toimivat paremmin kuin edellinen versio."
Vaikka tämä tutkimus osoittaa 3D-tulostustekniikan etuja MEMS-valmistuksessa, tutkijat ovat hyvin varovaisia edistääkseen tätä hyvää uutista. "Tietenkin tämä asiakirja avaa täysin uuden teknologisen polun kaasun mikrosensorien valmistukseen", sanoo Puolan Wroclawin teknillisen korkeakoulun mikro-insinööriosaston johtaja Jan Dziuban. "Teknisestä näkökulmasta tämä tekniikka on helppokäyttöinen laajamittaiseen valmistukseen. Tämä tulos edellyttää tilastollista näyttöä. Henkilökohtainen kokemus kertoo, että aikaisemmin on ollut monia korkean tason tutkimuspapereita, jotka tuottivat paljon lupaavia materiaaleja uusille antureille, mutta lopulta ei ollut luotettavaa tuotetta. "
