::Микро/нано-электро-механические системы (М/НЭМС) и устройства методами Аддитивных Технологий

Публикации Достижения 1995 - 2017 годов Стартовая страница

Еще на рубеже столетия в наших работах было показано, что миниатюризация и компьютерное моделирование физических, химических, биологических и/или механических свойств, реально синтезируемых затем объемных изделий – это магистральные направления технологии Быстрого Прототипирования (Rapid Prototyping & Manufacturing) в 21 веке.

Метод СЛС позволяет создавать трехмерные объекты, послойно формируя на мезоуровне (под термином "мезо" мы будем понимать структуры и 3D изделия размерами от нескольких микрон до нескольких сантиметров) градиент функциональных свойств будущего изделия. Средства CAD/CAE, которые естественным образом интегрированы в процесс СЛС, позволяет формировать функционально градиентные структуры не только по - атомно (микро уровень или нанотехнологии), но и отдельными структурными блоками (частицами, зернами, доменами), что и соответствует идеологии проектирования на мезоуровне. Моделируя укладку (степень связности структуры) порошковой композиции и ее концентрационный состав, открывается возможность создания интеллектуальных Микро-/Нано-/ Электро- Механических (МЭМ-НЭМ) устройств (англ. термин Micro-/Nano-/ Electro- Mechanical Systems (MEMS-NEMS) devices) – сенсоров, фильтров, пъезодетекторов, пъезонасосов. имплантатов и т.д. Такие устройства это не просто сумма (набор) микро, мезо или нано структурных компонент. Каждый отдельный элемент (частица, зерно, домен) связан и взаимодействуют с другими и с окружающей средой. Можно говорить об открытой системе, разделенной на иерархические уровни. В качестве средства описания характера поведения отдельных компонентов мезоструктуры и их взаимосвязей можно использовать известный метод конечных элементов, реализованный в настоящее время в широко известных программных продуктах - ANSYS, NASTRAN, ABAQUS, STAR, FemLab и т.п.

Чрезвычайно важно уметь не только точно моделировать структурную геометрию MEMS, но и его основные конститутивные особенности, и поведенческие модели. По введенной нами классификации для MEMS как мезоуровню разработки и моделирования, можно назвать следующие перспективные направления их использования:

Одно из важнейших направлений современного материаловедения связано с проблемами получения наноструктур с заданными характеристиками и созданием функциональных наноизделий (NEMS). Интерес к наночастицам, наноструктурам и наноизделиям связан с тем, что они обладают характеристиками, которые не присущи мезоструктурным объемным материалам и изделиям, например, специфическими оптическими или магнитными свойствами, высокой каталитической активностью. Функциональные наноизделия (NEMS) могут создаваться различными подходами.

Так можно выстраивать структуру будущего изделия «снизу – вверх» («Bottom-Up» подход, см. рисунок выше).

Схема развития нанотехнологий (дорожная карта), как ее представляют вдохновители 7-й рамочной программы ЕС, показана на рисунке, взятом из свободно распространяемых презентаций сайта MINAM. Выбранных нами приоритеты развития СЛС/П и 3D лазерной наплавки в Самарском филиале ФИАН через мезо и нано структуры к MEMS-NEMS соотвествуют "планам этой карты". Научившись на старте программы делать нанопорошки, Европейское научное сообщество ставит задачу создания функциональных нано-, мезо изделий, свойства которых будут отвечать запросам современного производства. Мы же фактически уже занимаемся этими работами именно на уровне создания наноустройств (MEMS-NEMS). Ниже представлены наши работы в этом направлении:

  1. Биосовместимые имплантаты, тканево-клеточные каркасы и био- флюидные MEMS
  2. Градиентные фильтрующие элементы и мембраны

 


::СФ ФИАН версия 4.0 --> ::design by © Игорь В. Шишковский 2008