近日，麻省理工學院微係統技術實驗室的研究人員開發出了一種使用桌麵型3D打印機製造高質量微電機係統(MEMS)的方法。用這種方法製造MEMS，其成本僅(jin) 有市場上現有技術的百分之一，而且質量一點不差。
 

3D打印MEMS　
 
MEMS是一種非常小的技術裝置，其部件尺寸通常為(wei) 1至100微米。2014年MEMS的市場容量就已經達到了120億(yi) 美元，但是這種產(chan) 品的生產(chan) 門檻很高。要生產(chan) MEMS，必需要用到先進的半導體(ti) 製造設備，而這種設備的製造成本往往高達數千萬(wan) 美元。如此巨大的投資要求顯著阻礙了在MEMS方麵對於(yu) 潛在有用設備的開發。

但是不久前MIT微係統技術實驗室的研究人員連續發表的兩(liang) 篇論文表明，這些財務上的障礙有可能很快會(hui) 被消除。在這兩(liang) 篇論文中，有一篇證明了使用一台桌麵設備製造的MEMS氣體(ti) 傳(chuan) 感器性能與(yu) 使用昂貴生產(chan) 設施製造出來的替代品相差無幾，而另一篇論文則證明了這種桌麵製造裝置的核心部件可以用一台3D打印機製造出來。

 

氣體(ti) 傳(chuan) 感器　　
 
據了解，研究人員能夠通過去除生產(chan) 工藝中最昂貴的部分，即高溫和真空環境，使上述氣體(ti) 傳(chuan) 感器的成本降到了以前的一小部分。“我們(men) 進行的增材製造是基於(yu) 低溫和無真空的。”微係統技術實驗室的首席研究科學家和兩(liang) 篇論文的高級作者LuisFernandoVelásquez-García說。“我們(men) 使用的最高溫度大概是60攝氏度。而如果在一塊芯片上，你可能需要生長氧化物，它的生長溫度大約為(wei) 1000攝氏度。在很多情況下，反應器中還需要高真空以防止汙染。我們(men) 能夠很快地製造出這些設備，從(cong) 開始到結束隻需幾個(ge) 小時。”

這種經濟型的氣體(ti) 傳(chuan) 感器主要使用氧化石墨烯的小薄片，這種材料隻有一個(ge) 原子厚，具有不同尋常的電學特性。由於(yu) 這種石墨烯薄片非常薄，因此與(yu) 氣體(ti) 分子的接觸就足以改變其電阻，這使它對於(yu) 傳(chuan) 感極為(wei) 有用。“我們(men) 將這種氣體(ti) 傳(chuan) 感器與(yu) 同類的售價(jia) 數百美元的商業(ye) 化產(chan) 品進行了直接比較。”Velásquez-García說。“我們(men) 的到的結果是，它一樣精確，而且速度更快。我們(men) 以非常低的成本——大概幾十美分——製造出來的產(chan) 品與(yu) 市場上的產(chan) 品不相上下，甚至更好。”

實際上，研究人員最初打算使用更昂貴的電噴發射器，以常規技術來製造氣體(ti) 傳(chuan) 感器，但是他們(men) 後來發現，有一種3D打印機也可以用於(yu) 製造發射器，其大小和性能等同於(yu) 消費級的替代品。3D打印也使研究人員能夠基於(yu) 特定目的自定義(yi) 每個(ge) 部件，這使得整個(ge) 過程更具建設性。“當我們(men) 開始設計它們(men) 的時候，可能完全沒有概念。”Velásquez-García解釋說。“但一周之內(nei) ，我們(men) 就有可能製造出15代的設備，其中每個(ge) 設計的性能都會(hui) 比以前的版本更好。”

 

3D打印製造高質量微電機係統　

盡管這項研究顯示了3D打印技術在MEMS製造方麵的優(you) 勢，但是學者們(men) 在宣傳(chuan) 這條好消息時還是非常謹慎的。“當然，這篇論文開辟了製造氣體(ti) 微傳(chuan) 感器的全新技術路徑。”波蘭(lan) Wroclaw技術大學微工程係負責人JanDziuban說：“從(cong) 技術的角度來看，這項技術很容易用於(yu) 大規模製造。但是這一結果需要進行統計證明。個(ge) 人經驗告訴我，過去有很多高水平的科研論文介紹了大量可用於(yu) 新型傳(chuan) 感器的非常有前途的材料，但是最終並沒有出現可靠的產(chan) 品。”