La stampa 3D può ora produrre sensori personalizzati per robot, pacemaker e altro ancora
Una tecnica di stampa 3D di nuova concezione potrebbe essere utilizzata per produrre a costi contenuti “macchine” elettroniche personalizzate delle dimensioni di insetti che consentono applicazioni avanzate nella robotica, nei dispositivi medici e altri.
La svolta potrebbe essere un potenziale punto di svolta per la produzione di sistemi microelettromeccanici (MEMS) personalizzati basati su chip. Queste minimacchine sono prodotte in serie in grandi volumi per centinaia di prodotti elettronici, inclusi smartphone e automobili, dove forniscono precisione di posizionamento. Ma per la produzione più specializzata di sensori in volumi più piccoli, come accelerometri per aeromobili e sensori di vibrazione per macchinari industriali, le tecnologie MEMS richiedono una costosa personalizzazione.
Frank Niklaus, che ha guidato la ricerca presso il KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma, afferma che la nuova tecnica di stampa 3D, pubblicata su Nature Microsystems & Nanoengineering, fornisce un modo per aggirare i limiti della produzione MEMS convenzionale.
“I costi di sviluppo del processo di produzione e di ottimizzazione della progettazione dei dispositivi non si riducono per volumi di produzione inferiori”, afferma. Il risultato è che gli ingegneri devono scegliere tra dispositivi MEMS non ottimali o costi di avviamento economicamente non sostenibili.
Altri prodotti a basso volume che potrebbero trarre vantaggio dalla tecnica includono unità di controllo del movimento e delle vibrazioni per robot e strumenti industriali, nonché turbine eoliche.
I ricercatori hanno costruito un processo chiamato polimerizzazione a due fotoni, che può produrre oggetti ad alta risoluzione di dimensioni di poche centinaia di nanometri, ma non in grado di rilevare la funzionalità. Per formare gli elementi trasduttori, il metodo utilizza una tecnica chiamata shadow masking, che funziona come uno stencil. Sulla struttura stampata in 3D fabbricano elementi con una sezione trasversale a forma di T, che funzionano come ombrelli. Quindi depositano il metallo dall’alto e, di conseguenza, i lati degli elementi a forma di T non sono rivestiti con il metallo. Ciò significa che il metallo sulla parte superiore della T è elettricamente isolato dal resto della struttura.
Con questo metodo, afferma che ci vogliono solo poche ore per produrre una dozzina di accelerometri MEMS progettati su misura utilizzando strumenti di produzione commerciali relativamente economici. Il metodo può essere utilizzato per la prototipazione di dispositivi MEMS e la produzione di lotti di piccole e medie dimensioni da decine di migliaia a poche migliaia di sensori MEMS all’anno in modo economicamente sostenibile, afferma.
“Questo è qualcosa che non è stato possibile fino ad ora, perché i costi di avvio per la produzione di un prodotto MEMS utilizzando la tecnologia dei semiconduttori convenzionale sono dell’ordine di centinaia di migliaia di dollari e i tempi di consegna sono di diversi mesi o più”, afferma . “Le nuove capacità offerte dai MEMS stampati in 3D potrebbero portare a un nuovo paradigma nei MEMS e nella produzione di sensori.
“La scalabilità non è solo un vantaggio nella produzione di MEMS, è una necessità. Questo metodo consentirebbe la fabbricazione di molti tipi di nuovi dispositivi personalizzati”.
