MIT は、通常の 3D プリンターを使用して、わずか 1% のコストでマイクロ電気機械システムを製造します。

3D プリント技術は、従来の製造業において徐々に重要な役割を果たすようになり、マイクロ製造の分野でも登場し始めています。 MIT マイクロシステム技術研究所 (MTL) の科学者たちは、一般的なデスクトップ 3D プリンターを使用して、現在市場に出回っている類似製品のわずか 1% のコストで高品質のマイクロ電気機械システム (MEMS) を製造する方法を開発しました。

MTL の専門分野は、小型デバイスとさらに小型のナノ電気機械システムの開発です。 MEMS のコンポーネントサイズは通常 1 ～ 100 ミクロンです。 2014 年の市場規模は 120 億ドルでしたが、業界は依然として生産上の障害に直面しています。MEMS の製造には高度な半導体製造装置が必要であり、これは非常に高価で、数百万ドルかかることも珍しくありません。その結果、現在の MEMS 製品市場は、スマートフォンの画面に使用される加速度計など、いくつかのデバイスのみで構成されています。

しかし、MTLの研究結果は、次のような理由でこの状況を変えると期待されています。第一に、一般的なデスクトップ3Dプリンターを使用して製造されたMEMSガスセンサーは、より高価な機器を使用して製造された同様の製品と同等の性能を発揮できること、第二に、このデスクトップデバイスのコアコンポーネントは3Dプリンターを使用して製造できることが示されたことです。

研究者たちは、製造プロセスの中で最もコストがかかる要素である高温と真空を排除することで、MEMS ガスセンサーのコンポーネントをわずかなコストで製造できるようになりました。「私たちが使用している 3D 印刷技術は、低温と非真空環境に基づいています」と、主任研究者のルイス・フェルナンド・ベラスケス・ガルシア氏は語ります。「私たちが達成した最高温度は 60°C です。チップでは酸化物を埋め込む必要があるかもしれませんが、これは 1,000°C でしか実行できません。多くの場合、汚染を避けるためにリアクターには高真空が必要です。さらに、デバイスの製造速度が大幅に向上しました。上記のコンポーネントは、開始から終了までわずか数時間で完成しました。」

中国の専門3Dプリントメディアプラットフォーム「Antarctic Bear」によると、MTLの経済的なガスセンサーは酸化グラフェン素材を使用している。非常に薄いため、この構造とガス分子との相互作用によりガス分子の抵抗が変化し、ガス分子の検出が容易になります。「数百ドルする市販の装置と比較しました」とベラスケス・ガルシア氏は言う。「私たちの装置はより高速なだけでなく、より正確でした。」

研究者らは開発の初期段階では比較的高価な従来の電気噴霧器を使用していましたが、すぐにデスクトップ 3D プリンターを使用して、従来の製品と同じくらい大きく強力なエミッターを製造できることを発見しました。さらに、3D プリンティングには、特別な目的に合わせてカスタマイズされたコンポーネントを自由に製造できるという利点もあり、これにより製造プロセス全体がより構造化されます。「設計を始めたときは何も分かりませんでしたが、1週間の終わりまでに15回近く繰り返し作業を行い、世代ごとに前の世代よりも良くなっていきました。」

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3ders経由

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