Skräddarsydda sensorer för robotar och pacemakers är här
NYHET
En nyutvecklad 3D-baserad utskriftsteknik som kan användas för att kostnadseffektivt producera elektroniska små "maskiner" och komponenter motsvarande en insekts storlek, det är vad forskarna tagit fram. Tekniken möjliggör avancerade applikationer inom robotik, medicinsk utrustning och andra områden.
Forskningsgenombrottet har potential att förbättra förutsättningarna vid tillverkning av chipbaserade mikroelektromekaniska system (MEMS). De här minimaskinerna massproduceras normalt i stora volymer för hundratals elektroniska produkter, inklusive mobiltelefoner och bilar, där de kan exempelvis kan ge positioneringsnoggrannhet. För mer specialiserad tillverkning av sensorer i mindre volymer, såsom accelerometrar för flygplan och vibrationssensorer för industrimaskiner, kräver MEMS-teknologi dock kostsamma anpassningar av tillverkningsprocessen.
Forskningsarbetet har precis resulterat i en vetenskaplig artikel i Nature Microsystems & Nanoengineering. Frank Niklaus, som lett forskningsarbetet vid KTH, säger att den nya 3D-printtekniken ger ett sätt att komma runt begränsningarna för konventionell MEMS-tillverkning.
– Kostnaderna för utveckling av tillverkningsprocesser och optimering av design blir inte mindre vid lägre produktionsvolymer. Ingenjörer ställs inför att välja MEMS-enheter från hyllan som inte är helt optimala för uppgiften eller ekonomiskt olönsamma startkostnader, säger Frank Niklaus, professor vid avdelningen Mikro- och nanosystem vid KTH.
Andra lågvolymprodukter som kan dra nytta av tekniken, förutom komponenter i flygplan och industrimaskiner, inkluderar rörelse- och vibrationskontrollenheter för robotar och industri verktyg, samt vindkraftverk.
Forskarnas teknik bygger på en process som kallas tvåfotonpolymerisation. Den kan producera högupplösta objekt som inte är större än några hundra nanometer i storlek, dock utan sensorfunktionalitet. För att skapa de så kallade ransducerande elementen som är själva sensorn används en teknik som kallas skuggmaskering, som fungerar ungefär som en stencil.
– Med denna teknik tar det bara några timmar att tillverka ett dussintal specialdesignade MEMS-accelerometrar med relativt sett billiga kommersiella tillverkningsverktyg. Tekniken kan användas för prototypframställning av MEMS-enheter och tillverkning av små och medelstora partier på några tusen till tiotusentals MEMS-sensorer per år på ett ekonomiskt lönsamt sätt, säger Frank Niklaus.
Han tillägger att möjligheten att tillverka prototyper och specialdesignade MEMS-enheter inte tidigare funnits, eftersom startkostnaderna för en MEMS-produkt med konventionell halvledarteknologi är i storleksordningen hundratusentals dollar och ledtiderna är flera månader eller mer.
– De nya funktioner som 3D-printade MEMS-enhet erbjuder kan resultera i ett paradigmskifte inom MEMS- och sensortillverkning. Skalbarhet är inte bara en fördel i MEMS-produktion, det är en nödvändighet. Denna metod skulle möjliggöra tillverkning av många typer av nya, anpassade enheter, säger Frank Niklaus.
Text: David Callahan
För mer information, kontakta Frank Niklaus på 08 - 790 93 32 eller frank@kth.se.