3D-print kan nu fremstille skræddersyede sensorer til robotter, pacemakere og mere

En nyudviklet 3D-printteknik kunne bruges til omkostningseffektivt at producere skræddersyede elektroniske "maskiner" på størrelse med insekter, hvilket kunne muliggøre avancerede applikationer inden for robotteknologi og medicinsk udstyr.

Især kan gennembruddet være en potentiel game-changer til fremstilling af tilpassede chip-baserede mikroelektromekaniske systemer (MEMS). Disse minimaskiner masseproduceres i store mængder til hundredvis af elektroniske produkter, herunder smartphones og biler, hvor de giver positioneringsnøjagtighed. Men for mere specialiseret fremstilling af sensorer i mindre volumener, såsom accelerometre til fly og vibrationssensorer til industrimaskiner, kræver MEMS-teknologier dyr tilpasning.

Frank Niklaus, der ledede forskningen ved KTH Royal Institute of Technology i Stockholm, siger den nye 3D-printteknik, som blev offentliggjort i Microsystems &Nanoengineering , giver en måde at komme uden om begrænsningerne ved konventionel MEMS-fremstilling.

"Omkostningerne ved fremstillingsprocesudvikling og optimering af enhedsdesign skalerer ikke ned for lavere produktionsvolumener," siger han. Resultatet er, at ingeniører står over for et valg af suboptimale MEMS-enheder, der er hyldevarer eller økonomisk uoverkommelige opstartsomkostninger.

Andre lavvolumenprodukter, der kunne drage fordel af teknikken, omfatter bevægelses- og vibrationskontrolenheder til robotter og industriværktøjer samt vindmøller.

Forskerne byggede på en proces kaldet to-foton polymerisation, som kan producere højopløsningsobjekter så små som få hundrede nanometer i størrelse, men er ikke i stand til at registrere funktionalitet. Til at danne de transducerende elementer bruger metoden en teknik kaldet shadow-masking, som virker noget som en stencil.

På den 3D-printede struktur fremstiller de funktioner med et T-formet tværsnit, som fungerer som paraplyer. De afsætter derefter metal fra oven, og som et resultat er siderne af de T-formede træk ikke belagt med metallet. Det betyder, at metallet på toppen af ​​T'et er elektrisk isoleret fra resten af ​​strukturen.

Med denne metode siger Niklaus, at det kun tager et par timer at fremstille et dusin specialdesignede MEMS accelerometre ved hjælp af relativt billige kommercielle produktionsværktøjer. Metoden kan bruges til prototyping af MEMS-enheder og fremstilling af små og mellemstore batcher på titusinder til nogle få tusinde MEMS-sensorer om året på en økonomisk rentabel måde, siger han.

"Dette er noget, der ikke har været muligt indtil nu, fordi opstartsomkostningerne for at fremstille et MEMS-produkt ved hjælp af konventionel halvlederteknologi er i størrelsesordenen hundredtusindvis af dollars, og leveringstiderne er flere måneder eller mere," siger han. . "De nye muligheder, som 3D-printede MEMS tilbyder, kan resultere i et nyt paradigme inden for MEMS og sensorfremstilling."

"Skalerbarhed er ikke kun en fordel i MEMS-produktion, det er en nødvendighed. Denne metode ville muliggøre fremstilling af mange slags nye, tilpassede enheder." + Udforsk yderligere

Tantaliserende tantal:Forbedring af MEMS termiske aktuatorer og sensorer