Máy in 3D để sản xuất hệ thống vi mô chất lượng cao
Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Microsystems của Viện Công nghệ Massachusetts đã phát triển một cách để chế tạo các hệ thống vi mô động cơ chất lượng cao (MEMS) sử dụng máy in 3D trên máy tính để bàn. Sản xuất MEMS theo cách này chỉ tốn một phần trăm công nghệ có sẵn trên thị trường, và chất lượng không phải là xấu.
MEMS là một thiết bị kỹ thuật rất nhỏ với kích thước thành phần thường từ 1 đến 100 micron. Trong năm 2014, năng lực thị trường của MEMS đã đạt 12 tỷ đô la Mỹ, nhưng ngưỡng sản xuất của sản phẩm này là rất cao. Để sản xuất MEMS, phải sử dụng thiết bị sản xuất chất bán dẫn tiên tiến và chi phí sản xuất thiết bị đó thường là hàng chục triệu đô la. Những yêu cầu đầu tư lớn như vậy đã cản trở đáng kể sự phát triển của các thiết bị có khả năng hữu ích trong MEMS.
Nhưng hai bài báo được xuất bản bởi các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm công nghệ MIT Microsystems gần đây đã chỉ ra rằng những trở ngại tài chính này có thể sẽ sớm bị loại bỏ. Trong một trong hai giấy tờ này, người ta chứng minh rằng hiệu suất của bộ cảm biến khí MEMS được chế tạo bằng thiết bị máy tính để bàn có thể so sánh với thiết bị sản xuất đắt tiền và một giấy khác chứng tỏ cốt lõi của thiết bị sản xuất máy tính để bàn này. Các bộ phận có thể được thực hiện bằng máy in 3D.
Điều này được hiểu rằng các nhà nghiên cứu có thể giảm chi phí của các cảm biến khí này xuống một phần nhỏ bằng cách loại bỏ các phần đắt nhất trong quá trình sản xuất, nhiệt độ cao và chân không. “Sản xuất phụ gia của chúng tôi dựa trên nhiệt độ thấp và không có chân không”, Luis Fernando Velásquez-García, nhà khoa học nghiên cứu hàng đầu tại Phòng thí nghiệm công nghệ Microsystems và là tác giả cấp cao của hai bài báo cho biết. “Nhiệt độ cao nhất chúng tôi sử dụng là khoảng 60 độ C. Nếu bạn đang ở trên một con chip, bạn có thể cần phải phát triển các oxit, mà phát triển ở khoảng 1000 độ C. Trong nhiều trường hợp, một chân không cao là cần thiết trong lò phản ứng để ngăn ngừa ô nhiễm. Chúng tôi có thể làm cho các thiết bị này rất nhanh chóng, từ đầu đến cuối chỉ trong vài giờ. "
Cảm biến khí kinh tế này chủ yếu sử dụng các tấm graphene oxit nhỏ, chỉ dày một nguyên tử và có các tính chất điện bất thường. Vì tấm graphene này rất mỏng nên việc tiếp xúc với các phân tử khí là đủ để thay đổi điện trở của nó, điều này làm cho nó cực kỳ hữu ích cho việc cảm nhận. Velásquez-García nói: “Chúng tôi đã so sánh cảm biến khí này trực tiếp với các sản phẩm thương mại tương tự có giá hàng trăm đô la. “Kết quả của việc chúng tôi đến là nó chính xác và nhanh hơn. Chúng tôi sản xuất các sản phẩm với chi phí rất thấp - khoảng vài chục xu - có thể so sánh được, hoặc thậm chí tốt hơn, các sản phẩm trên thị trường. ”
Trên thực tế, các nhà nghiên cứu dự định sử dụng máy phát EFI đắt tiền hơn để chế tạo cảm biến khí bằng cách sử dụng các kỹ thuật thông thường, nhưng sau đó họ phát hiện ra rằng máy in 3D cũng có thể được sử dụng để làm cho máy phát có cùng kích thước và hiệu suất như người tiêu dùng . lựa chọn thay thế. In 3D cũng cho phép các nhà nghiên cứu tùy chỉnh từng thành phần cho một mục đích cụ thể, làm cho toàn bộ quá trình mang tính xây dựng hơn. "Khi chúng tôi bắt đầu thiết kế chúng, có thể không có khái niệm nào cả", Velásquez-García giải thích. “Nhưng trong vòng một tuần, chúng tôi có tiềm năng tạo ra 15 thế hệ thiết bị, mỗi thiết bị sẽ hoạt động tốt hơn so với phiên bản trước.”
Mặc dù nghiên cứu này cho thấy những lợi thế của công nghệ in 3D trong sản xuất MEMS, các học giả rất thận trọng trong việc thúc đẩy tin tốt này. “Tất nhiên, bài báo này mở ra một con đường công nghệ hoàn toàn mới để sản xuất các thiết bị cảm ứng khí,” Jan Dziuban, trưởng phòng vi mô tại Đại học Công nghệ Wroclaw, Ba Lan cho biết. “Từ quan điểm kỹ thuật, công nghệ này dễ sử dụng cho sản xuất quy mô lớn. Kết quả này yêu cầu bằng chứng thống kê. Kinh nghiệm cá nhân nói với tôi rằng đã có nhiều nghiên cứu cấp cao trong quá khứ đã giới thiệu rất nhiều tài liệu đầy hứa hẹn cho các cảm biến mới, nhưng cuối cùng không có sản phẩm đáng tin cậy. "
