Ya sea rápido o preciso, no se pueden lograr ambos en la producción de las mejores estructuras poliméricas con el láser. ¿O tal vez puedan? La combinación de estereolitografía y polimerización multifotónica debería hacerlo posible:los científicos del Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT están desarrollando una máquina para alta precisión, tecnologías de construcción en 3-D rentables que utilizan ambos métodos. El 1 de noviembre 2018, Fraunhofer ILT y sus socios del proyecto lanzaron el proyecto "Alta productividad y detalle en la fabricación aditiva mediante la combinación de polimerización UV y polimerización multifotónica - HoPro-3-D", que está financiado por la Unión Europea y el estado de Renania del Norte-Westfalia.

Junto con LightFab GmbH de Aquisgrán, Bartels Mikrotechnik GmbH de Dortmund y Miltenyi Biotec GmbH de Bergisch Gladbach, Los expertos de Fraunhofer ILT están desarrollando una nueva máquina para producir estructuras poliméricas macroscópicas con una resolución que se encuentra en el rango submicrométrico. Hasta aquí, varios procesos separados han estado disponibles para este propósito:polimerización UV basada en láseres, tal como, por ejemplo, estereolitografía (SLA) o matrices de microespejos (DLP), y polimerización multifotónica (MPP) a escala microscópica.

En el proceso de SLA, un láser UV escribe una estructura bidimensional en un baño de resina, haciendo que el material fotosensible se polimerice. El componente se baja paso a paso y se construye una estructura tridimensional en capas. En la mayor parte, la tasa de acumulación está muy por encima de 1 mm³ por segundo. Las impresoras 3D más nuevas utilizan motores de luz LED UV y un chip DLP (Procesador de luz digital) en lugar del escáner. Esto permite paralelizar la exposición, aumentando así la tasa de construcción. Ambos métodos alcanzan una resolución máxima superior a 10 μm.

La polimerización multifotónica es adecuada para construir estructuras aún más finas. En este proceso, la energía fotónica necesaria se genera mediante intensos pulsos de láser con longitudes de onda en el rango visible o infrarrojo, con varios fotones de baja energía que se suman virtualmente a un fotón UV. La ventaja es la precisión extremadamente alta de hasta 100 nm en las tres direcciones espaciales; sin embargo, la velocidad de construcción aquí es sólo de unos 10 µm³ por segundo.

Ahorro de tiempo con dos sistemas en una máquina

Los socios del proyecto ahora están combinando el proceso basado en DLP con el proceso MPP y desarrollando una máquina con dos sistemas de exposición seleccionables para altas tasas de construcción o alta precisión. Utilizan LED de alto rendimiento que emiten a una longitud de onda de 365 nm y un chip DLP con resolución HD para litografía. El módulo MPP utiliza un láser de femtosegundos con un escáner rápido y óptica de microscopio.

"La ventaja radica en la interacción entre los dos procedimientos:según la necesidad, pretendemos cambiar entre los sistemas de exposición en el proceso, "explica el Dr. Martin Wehner, Responsable del proyecto HoPro-3-D en Fraunhofer ILT. "El desafío al que nos enfrentamos está en el control de procesos. El concepto se ha desarrollado, actualmente se está construyendo una máquina adecuada ".

Además, se está desarrollando un software de control, que decidirá de forma independiente, sobre la base de datos CAD, cuándo tiene sentido un cambio entre las dos fuentes. La conclusión es que esta transición funciona sin problemas y las estructuras se pueden construir en una tina de resina sin tener que cambiar la resina fotográfica. El equipo del proyecto está examinando diferentes materiales y optimizando la combinación de procesos en detalle.

Aplicaciones no solo en biomedicina

Muchos componentes tienen un cuerpo que se puede ensamblar rápidamente, pero también ciertas estructuras que requieren alta precisión. La combinación de procesos permite, por ejemplo, elementos de función óptica como lentes o prismas para integrarse directamente en un componente más grande con gran precisión. Gracias a este enfoque, Es concebible que se puedan construir ópticas de colimación completas para leer información óptica en tecnología de análisis.

Los campos de aplicación son múltiples, pero esta máquina debería resultar muy interesante para la producción de componentes utilizados en la tecnología de análisis biomédico. Andamios de soporte para modelos de tejido 3-D, Los componentes micromecánicos o los sistemas microfluídicos completos son ejemplos de aplicación típicos para esto.