Desktop 3D-Druck zur Herstellung hochwertiger Mikromotorsysteme
Forscher des Microsystems Technology Lab des Massachusetts Institute of Technology haben eine Möglichkeit entwickelt, qualitativ hochwertige Mikromotorsysteme (MEMS) unter Verwendung von Desktop-3D-Druckern herzustellen. Die Herstellung von MEMS auf diese Weise kostet nur ein Prozent der auf dem Markt verfügbaren Technologie, und die Qualität ist nicht schlecht.
MEMS ist ein sehr kleines technisches Gerät mit einer Bauteilgröße von typischerweise 1 bis 100 Mikrometer. Im Jahr 2014 erreichte die Marktkapazität von MEMS 12 Milliarden US-Dollar. Die Produktionsschwelle dieses Produkts ist jedoch sehr hoch. Für die Herstellung von MEMS müssen moderne Halbleiterfertigungsanlagen verwendet werden, und die Kosten für die Herstellung solcher Anlagen betragen oft mehrere zehn Millionen Dollar. Dieser enorme Investitionsbedarf hat die Entwicklung potenziell nützlicher Geräte in MEMS erheblich behindert.
Zwei von Forschern des MIT Microsystems Technology Laboratory veröffentlichte Artikel zeigten kürzlich, dass diese finanziellen Hindernisse wahrscheinlich bald beseitigt werden. In einer dieser beiden Veröffentlichungen wird gezeigt, dass die Leistung eines mit einem Desktop-Gerät hergestellten MEMS-Gassensors mit der einer teuren Fertigungsanlage vergleichbar ist, und ein anderes Papier beweist den Kern dieser Desktop-Fertigungsvorrichtung. Teile können mit einem 3D-Drucker hergestellt werden.
Es versteht sich, dass Forscher die Kosten dieser Gassensoren auf einen kleinen Bruchteil reduzieren können, indem sie die teuersten Teile des Produktionsprozesses, hohe Temperatur und Vakuum entfernen. "Unsere additive Fertigung basiert auf niedrigen Temperaturen und keinem Vakuum", sagte Luis Fernando Velásquez-García, leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter am Microsystems Technology Laboratory und leitender Autor von zwei Artikeln. „Die höchste Temperatur, die wir verwenden, liegt bei etwa 60 Grad Celsius. Wenn Sie sich auf einem Chip befinden, müssen Sie möglicherweise Oxide wachsen, die bei etwa 1000 Grad Celsius wachsen. In vielen Fällen ist im Reaktor ein Hochvakuum erforderlich, um eine Kontamination zu verhindern. Wir können diese Geräte sehr schnell herstellen, von Anfang bis Ende in nur wenigen Stunden. "
Dieser sparsame Gassensor verwendet hauptsächlich kleine Graphenoxidplatten, die nur ein Atom dick sind und ungewöhnliche elektrische Eigenschaften haben. Da dieses Graphenblatt sehr dünn ist, reicht der Kontakt mit Gasmolekülen aus, um seinen elektrischen Widerstand zu ändern, was es sehr nützlich für die Erfassung macht. "Wir haben diesen Gassensor direkt mit ähnlichen kommerziellen Produkten verglichen, die für Hunderte von Dollar verkauft werden", sagt Velásquez-García. „Das Ergebnis unserer Ankunft ist, dass es genauso genau und schneller ist. Wir produzieren Produkte zu sehr niedrigen Kosten - etwa ein paar Dutzend Cent -, die mit den auf dem Markt befindlichen Produkten vergleichbar oder sogar besser sind. “
Die Forscher beabsichtigten ursprünglich, einen kostspieligeren EFI-Sender zu verwenden, um Gassensoren mithilfe herkömmlicher Verfahren herzustellen. Später entdeckten sie jedoch, dass es einen 3D-Drucker gibt, mit dem auch Sender mit der gleichen Größe und Leistung wie bei Verbrauchern hergestellt werden können . Alternativen. Dank des 3D-Drucks können Forscher jede Komponente für einen bestimmten Zweck anpassen, wodurch der gesamte Prozess konstruktiver wird. „Als wir angefangen haben, sie zu entwerfen, gibt es vielleicht gar kein Konzept“, erklärt Velásquez-García. "Aber innerhalb einer Woche haben wir das Potenzial, 15 Gerätegenerationen zu entwickeln, von denen jede besser als die Vorgängerversion sein wird."
Obwohl diese Studie die Vorteile der 3D-Drucktechnologie in der MEMS-Fertigung zeigt, sind Wissenschaftler bei der Verbreitung dieser guten Nachricht sehr zurückhaltend. "Natürlich eröffnet dieses Papier einen völlig neuen technologischen Weg für die Herstellung von Gasmikrosensoren", sagte Jan Dziuban, Leiter der Abteilung Mikrotechnik an der Wroclaw University of Technology in Polen. „Aus technischer Sicht ist diese Technologie für die Großserienfertigung einfach zu verwenden. Dieses Ergebnis erfordert einen statistischen Nachweis. Persönliche Erfahrungen zeigen mir, dass es in der Vergangenheit viele hochrangige Forschungsarbeiten gab, in denen vielversprechende Materialien für neue Sensoren eingeführt wurden, aber am Ende gab es kein zuverlässiges Produkt. "
