Een nieuw ontwikkelde 3D-printtechniek zou kunnen worden gebruikt om op kosteneffectieve wijze op maat gemaakte elektronische "machines" ter grootte van insecten te produceren, wat geavanceerde toepassingen in robotica en medische apparaten mogelijk zou kunnen maken.

In het bijzonder zou de doorbraak een potentiële game-changer kunnen zijn voor de productie van op maat gemaakte chipgebaseerde micro-elektromechanische systemen (MEMS). Deze minimachines worden in grote hoeveelheden in massa geproduceerd voor honderden elektronische producten, waaronder smartphones en auto's, waar ze positioneringsnauwkeurigheid bieden. Maar voor meer gespecialiseerde fabricage van sensoren in kleinere volumes, zoals versnellingsmeters voor vliegtuigen en trillingssensoren voor industriële machines, vereisen MEMS-technologieën kostbare aanpassingen.

Frank Niklaus, die het onderzoek leidde aan het KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, zegt dat de nieuwe 3D-printtechniek, die werd gepubliceerd in Microsystems &Nanoengineering , biedt een manier om de beperkingen van conventionele MEMS-productie te omzeilen.

"De kosten van de ontwikkeling van fabricageprocessen en optimalisaties van het apparaatontwerp worden niet verlaagd voor lagere productievolumes", zegt hij. Het resultaat is dat ingenieurs worden geconfronteerd met een keuze uit suboptimale kant-en-klare MEMS-apparaten of economisch onhaalbare opstartkosten.

Andere producten met een klein volume die van de techniek kunnen profiteren, zijn onder meer bewegings- en trillingscontrole-eenheden voor robots en industriële gereedschappen, evenals windturbines.

De onderzoekers bouwden voort op een proces dat twee-fotonpolymerisatie wordt genoemd en dat objecten met een hoge resolutie kan produceren van slechts enkele honderden nanometers groot, maar niet in staat is om functionaliteit te detecteren. Om de transducerende elementen te vormen, gebruikt de methode een techniek die schaduwmaskering wordt genoemd en die ongeveer werkt als een stencil.

Op de 3D-geprinte structuur fabriceren ze kenmerken met een T-vormige doorsnede, die werken als paraplu's. Vervolgens zetten ze metaal van bovenaf af, waardoor de zijkanten van de T-vormige elementen niet bedekt zijn met het metaal. Dit betekent dat het metaal aan de bovenkant van de T elektrisch geïsoleerd is van de rest van de structuur.

Met deze methode zegt Niklaus dat het slechts enkele uren kost om een ​​tiental op maat ontworpen MEMS-versnellingsmeters te vervaardigen met relatief goedkope commerciële productietools. De methode kan worden gebruikt voor het maken van prototypes van MEMS-apparaten en het vervaardigen van kleine en middelgrote series van tienduizenden tot een paar duizend MEMS-sensoren per jaar op een economisch haalbare manier, zegt hij.

"Dit is tot nu toe niet mogelijk geweest, omdat de opstartkosten voor het vervaardigen van een MEMS-product met behulp van conventionele halfgeleidertechnologie in de orde van honderdduizenden dollars liggen en de doorlooptijden enkele maanden of langer zijn", zegt hij. . "De nieuwe mogelijkheden van 3D-geprinte MEMS kunnen resulteren in een nieuw paradigma in MEMS en sensorproductie."

"Schaalbaarheid is niet alleen een voordeel bij de productie van MEMS, het is ook een noodzaak. Deze methode zou de fabricage van vele soorten nieuwe, op maat gemaakte apparaten mogelijk maken." + Verder verkennen

Verleidelijk tantaal:verbetering van MEMS thermische actuatoren en sensoren