3D打印使MEMS制造成本僅為現在1%

　　近日，麻省理工學(xué)院微系統技術(shù)實(shí)驗室的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種使用桌面型3D打印機制造高質(zhì)量微電機系統(MEMS)的方法。用這種方法制造MEMS，其成本僅有市場(chǎng)上現有技術(shù)的百分之一，而且質(zhì)量一點(diǎn)不差。

　　MEMS是一種非常小的技術(shù)裝置，其部件尺寸通常為1至100微米。2014年MEMS的市場(chǎng)容量就已經(jīng)達到了120億美元，但是這種產(chǎn)品的生產(chǎn)門(mén)檻很高。要生產(chǎn)MEMS，必需要用到先進(jìn)的半導體制造設備，而這種設備的制造成本往往高達數千萬(wàn)美元。如此巨大的投資要求顯著(zhù)阻礙了在MEMS方面對于潛在有用設備的開(kāi)發(fā)。

　　但是不久前MIT微系統技術(shù)實(shí)驗室的研究人員連續發(fā)表的兩篇論文表明，這些財務(wù)上的障礙有可能很快會(huì )被消除。在這兩篇論文中，有一篇證明了使用一臺桌面設備制造的MEMS氣體傳感器性能與使用昂貴生產(chǎn)設施制造出來(lái)的替代品相差無(wú)幾，而另一篇論文則證明了這種桌面制造裝置的核心部件可以用一臺3D打印機制造出來(lái)。

　　據了解，研究人員能夠通過(guò)去除生產(chǎn)工藝中最昂貴的部分，即高溫和真空環(huán)境，使上述氣體傳感器的成本降到了以前的一小部分?！拔覀冞M(jìn)行的增材制造是基于低溫和無(wú)真空的?！蔽⑾到y技術(shù)實(shí)驗室的首席研究科學(xué)家和兩篇論文的高級作者Luis Fernando Velásquez-García說(shuō)?！拔覀兪褂玫淖罡邷囟却蟾攀?0攝氏度。而如果在一塊芯片上，你可能需要生長(cháng)氧化物，它的生長(cháng)溫度大約為1000攝氏度。在很多情況下，反應器中還需要高真空以防止污染。我們能夠很快地制造出這些設備，從開(kāi)始到結束只需幾個(gè)小時(shí)?！?/p>

　　這種經(jīng)濟型的氣體傳感器主要使用氧化石墨烯的小薄片，這種材料只有一個(gè)原子厚，具有不同尋常的電學(xué)特性。由于這種石墨烯薄片非常薄，因此與氣體分子的接觸就足以改變其電阻，這使它對于傳感極為有用?！拔覀儗⑦@種氣體傳感器與同類(lèi)的售價(jià)數百美元的商業(yè)化產(chǎn)品進(jìn)行了直接比較?！盫elásquez-García說(shuō)?！拔覀兊牡降慕Y果是，它一樣精確，而且速度更快。我們以非常低的成本——大概幾十美分——制造出來(lái)的產(chǎn)品與市場(chǎng)上的產(chǎn)品不相上下，甚至更好?！?/p>

　　實(shí)際上，研究人員最初打算使用更昂貴的電噴發(fā)射器，以常規技術(shù)來(lái)制造氣體傳感器，但是他們后來(lái)發(fā)現，有一種3D打印機也可以用于制造發(fā)射器，其大小和性能等同于消費級的替代品。3D打印也使研究人員能夠基于特定目的自定義每個(gè)部件，這使得整個(gè)過(guò)程更具建設性?！爱斘覀冮_(kāi)始設計它們的時(shí)候，可能完全沒(méi)有概念?！盫elásquez-García解釋說(shuō)?！暗恢苤畠?，我們就有可能制造出15代的設備，其中每個(gè)設計的性能都會(huì )比以前的版本更好?！?/p>

　　“當然，這篇論文開(kāi)辟了制造氣體微傳感器的全新技術(shù)路徑?！辈ㄌmWroclaw技術(shù)大學(xué)微工程系負責人Jan Dziuban說(shuō)：“從技術(shù)的角度來(lái)看，這項技術(shù)很容易用于大規模制造。但是這一結果需要進(jìn)行統計證明。個(gè)人經(jīng)驗告訴我，過(guò)去有很多高水平的科研論文介紹了大量可用于新型傳感器的非常有前途的材料，但是最終并沒(méi)有出現可靠的產(chǎn)品?！?/p>