La robotique est un domaine où de petits volumes de capteurs avancés peuvent désormais être produits avec l'impression 3D. Crédit :David Callahan
Une technique d'impression 3D nouvellement développée pourrait être utilisée pour produire de manière rentable des "machines" électroniques personnalisées de la taille d'insectes, ce qui pourrait permettre des applications avancées dans la robotique et les dispositifs médicaux.
En particulier, cette percée pourrait potentiellement changer la donne pour la fabrication de systèmes microélectromécaniques (MEMS) personnalisés à base de puces. Ces mini-machines sont produites en masse en grands volumes pour des centaines de produits électroniques, y compris les smartphones et les voitures, où elles offrent une précision de positionnement. Mais pour la fabrication plus spécialisée de capteurs en plus petits volumes, tels que les accéléromètres pour les avions et les capteurs de vibrations pour les machines industrielles, les technologies MEMS exigent une personnalisation coûteuse.
Frank Niklaus, qui a dirigé la recherche au KTH Royal Institute of Technology de Stockholm, explique la nouvelle technique d'impression 3D, qui a été publiée dans Microsystems &Nanoengineering , permet de contourner les limites de la fabrication MEMS conventionnelle.
"Les coûts de développement des processus de fabrication et d'optimisation de la conception des appareils ne diminuent pas pour des volumes de production inférieurs", a-t-il déclaré. Le résultat est que les ingénieurs sont confrontés à un choix de dispositifs MEMS prêts à l'emploi sous-optimaux ou à des coûts de démarrage économiquement non viables.
D'autres produits à faible volume qui pourraient bénéficier de cette technique comprennent les unités de contrôle de mouvement et de vibration pour les robots et les outils industriels, ainsi que les éoliennes.
Une unité MEMS est visible à côté d'une pièce de 2 centimes d'euro. Crédit :Simone Pagliano
Les chercheurs se sont appuyés sur un processus appelé polymérisation à deux photons, qui peut produire des objets à haute résolution aussi petits que quelques centaines de nanomètres, mais qui n'est pas capable de détecter la fonctionnalité. Pour former les éléments de transduction, la méthode utilise une technique appelée masquage d'ombre, qui fonctionne comme un pochoir.
Sur la structure imprimée en 3D, ils fabriquent des éléments avec une section en forme de T, qui fonctionnent comme des parapluies. Ils déposent ensuite du métal par le haut et, par conséquent, les côtés des éléments en forme de T ne sont pas recouverts de métal. Cela signifie que le métal sur le dessus du T est électriquement isolé du reste de la structure.
Avec cette méthode, Niklaus dit qu'il ne faut que quelques heures pour fabriquer une douzaine d'accéléromètres MEMS conçus sur mesure à l'aide d'outils de fabrication commerciaux relativement peu coûteux. La méthode peut être utilisée pour prototyper des dispositifs MEMS et fabriquer des lots de petite et moyenne taille de dizaines de milliers à quelques milliers de capteurs MEMS par an de manière économiquement viable, dit-il.
"C'est quelque chose qui n'a pas été possible jusqu'à présent, car les coûts de démarrage pour fabriquer un produit MEMS utilisant la technologie des semi-conducteurs conventionnels sont de l'ordre de centaines de milliers de dollars et les délais de livraison sont de plusieurs mois ou plus", dit-il. . "Les nouvelles capacités offertes par les MEMS imprimés en 3D pourraient aboutir à un nouveau paradigme dans la fabrication de MEMS et de capteurs."
"L'évolutivité n'est pas seulement un avantage dans la production de MEMS, c'est une nécessité. Cette méthode permettrait la fabrication de nombreux types de nouveaux dispositifs personnalisés." Tantale alléchant :amélioration des actionneurs et des capteurs thermiques MEMS
