Исследователи из шведского Королевского технологического института (KTH) в Стокгольме разработали новый метод 3D-печати, способный применяться для реализации экономически эффективного производства индивидуальных электронных роботизированных устройств. Об этом сообщает портал Eurekalert. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Прорывная разработка исследователей из KTH может стать потенциальным переломным моментом в производстве специализированных микроэлектромеханических систем на основе микросхем (MEMS). Эти мини-механизмы сейчас 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 весьма дорогостоящей настройки. Фрэнк Никлаус, возглавлявший исследование KTH, заявляет, что новая технология 3D-печати позволяет обойти ограничения традиционного производства MEMS.
«Затраты на разработку производственного процесса и оптимизацию конструкции MEMS-устройств не уменьшаются при меньших объемах производства. В результате инженеры сталкиваются с выбором между неоптимальными готовыми устройствами или экономически невыгодными начальными затратами», – отметил Никлаус.
Исследователи смогли применить процесс, называемый двухфотонной полимеризацией, который может создавать объекты с высоким разрешением размером всего в несколько сотен нанометров, но не способные нести заданные функциональные возможности. Для формирования трансдуцирующих элементов была использована техника, называемая теневым маскированием, которая работает как трафарет.
На 3D-печатной структуре изготавливают детали с Т-образным поперечным сечением, которые работают как своеобразные «зонтики». Затем сверху осаждают металл, и в результате стороны Т-образных элементов им не покрываются. Это означает, что металл в верхней части детали электрически изолирован от остальной конструкции.
При опробовании этого метода исследователям потребовалось всего несколько часов, чтобы изготовить около десятка специально разработанных MEMS-акселерометров с использованием относительно недорогих коммерческих производственных инструментов. По их словам, этот метод можно использовать для прототипирования различных MEMS-устройств и производства малых и средних партий – от десятков до нескольких тысяч датчиков MEMS в год – экономически выгодным способом.
«Это то, что было невозможно до сих пор, потому что начальные затраты на производство MEMS-продукта с использованием традиционной полупроводниковой технологии составляют порядка сотен тысяч долларов, а время выполнения заказа составляет несколько месяцев и более. Новые возможности, предлагаемые, напечатанными на 3D-принтере, могут привести к новой парадигме в производстве MEMS и датчиков», – подчеркнул Никлаус.
По его словам, масштабируемость – это не просто преимущество в производстве MEMS, это необходимость. Этот метод позволит изготавливать множество новых индивидуальных устройств размером с насекомое, которые позволяют использовать передовые решения в робототехнике, медицинском оборудовании и других областях. 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.