Mikrosähkömekaaniset kojeet eli MEMS-piirit olivat jo viime vuonna 12 miljardin dollarin bisnes. MIT:n tutkijat ovat vuosia kehittäneet tekniikkaa, jolla esimerkiksi kaasuantureita voisi painaa 3D-tekniikalla. Tämä tekisi MEMS-kojeista jopa sata kertaa nykyistä edullisempia.
Nykyisessä MEMS-tuotannossa iso ongelma on se, että siinä vaaditaan huippulaatuisia puhdastiloja, usein tyhjiökammiota ja monessa prosessissa korkeita reaktorilämpötiloja. Tämä tekee piirien valmistuksesta erittäin kallista.
3D-tulostaminen eli ns. lisäävä valmistaminen sen sijaan tapahtuu huoneenlämpötilassa tai korkeitaan maltillisissa lämpötiloissa, eikä tuotantotiloilta vaadita puolijohdevalmistuksen kaltaista puhdasvaatimusta.
MIT:n mikrojärjestelmien teknologioiden laboratorion tutkijat ovat nyt esittäneet, että 3D-tulostamalla voitaisiin valmistaa hyvin edullisia kaasuantureita. Testien mukaan näin valmistettu anturi on yhtä tarkka ja jopa nopeampi kuin vastaava, sata kertaa enemmän maksava puolijohde-MEMS-anturi.
MIT:n tutkija Luis Fernando Velásquez-García on vuosia tutkinut, miten voidaan valmistaa mikrokoossa laitteita , jotka päästäisivät läpi pieniä nestemääriä kun ne asetetaan alttiiksi voimakkaille sähkökentille. Kaasuanturien valmistuksessa käytettiin sylinterinmuotoisia ”tulostinpäitä” (näitä näkyy oheisessa kuvassa), joiden läpi neste pääsee kulkemaan. Neste sisältää pieniä grafeenioksidilastuja ja sitä ruiskutetaan piialustalle. Neste haihtuu nopeasti jättäen jälkeen haluttuun kuvioon muotoillun grafeenirakenteen, joka on vain muutamia kymmeniä nanometrejä paksu.
Grafeenilastut ovat niin ohuita, että kaasumolekyylit muuttavat niiden resistanssia mittavalla tavalla. Tämän ansiosta rakenteita voidaan käyttää antureina. Testien mukaan näin valmistetut anturit ovat erittäin tarkkoja, vaikka ne oli valmistettu edullisella, pöytämallisella 3D-tulostimella.
Sen lisäksi, että anturien valmistaminen tulostamalla on hyvin nopeaa ja edullista, 3D-painamisella anturit on helppo räätälöidä jotkain tiettyä sovellusta varten, Velásquez-García sanoo. Käytännössä tämä tarkoitti, että jokainen valmistuerä tuotti edellisiä tarkempia antureita, kun tutkijat oppivat räätälöimään rakenteita.
Tutkijoiden mukaan 3D-tulostaminen ei välttämättä korvaa esimerkiksi älypuhelimien liikeanturien valmistusta. Sen sijaan halpa valmistus antaa mahdollisuuksia hakea MEMS-kojeille aivan uudenlaisia käyttömahdollisuuksia.
