Rápido ou preciso - ambos não podem ser alcançados na produção das melhores estruturas de polímero com o laser. Ou talvez eles possam? A combinação de estereolitografia e polimerização multifotônica deve tornar isso possível:Cientistas do Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Laser ILT estão desenvolvendo uma máquina de alta precisão, tecnologias de construção 3-D econômicas usando ambos os métodos. Em 1 de novembro, 2018, Fraunhofer ILT e seus parceiros de projeto lançaram o projeto "Alta Produtividade e Detalhe na Fabricação de Aditivos por meio da Combinação de Polimerização UV e Polimerização Multi-Fótons - HoPro-3-D", que é financiado pela União Europeia e pelo Estado da Renânia do Norte-Vestfália.

Juntamente com LightFab GmbH de Aachen, Bartels Mikrotechnik GmbH de Dortmund e Miltenyi Biotec GmbH de Bergisch Gladbach, especialistas do Fraunhofer ILT estão desenvolvendo uma nova máquina para a produção de estruturas poliméricas macroscópicas com resolução abaixo da faixa submicrométrica. Até aqui, vários processos separados estão disponíveis para esta finalidade:polimerização UV com base em lasers, tal como, por exemplo, estereolitografia (SLA) ou matrizes de microespelhos (DLP), e polimerização multifotônica (MPP) em escala microscópica.

No processo de SLA, um laser UV grava uma estrutura bidimensional em um banho de resina, fazendo com que o material fotossensível polimerize. O componente é abaixado passo a passo e uma estrutura 3-D é construída em camadas. Em geral, a taxa de acumulação está bem acima de 1 mm³ por segundo. As impressoras 3-D mais novas usam motores de luz LED UV e um chip DLP (Digital Light Processor) em vez do scanner. Isso permite que a exposição seja paralelizada, aumentando assim a taxa de construção. Ambos os métodos alcançam uma resolução máxima acima de 10 μm.

A polimerização multifotônica é adequada para a construção de estruturas ainda mais finas. Nesse processo, a energia do fóton necessária é gerada por intensos pulsos de laser com comprimentos de onda na faixa do visível ou infravermelho, com vários fótons de baixa energia praticamente somando um fóton UV. A vantagem é a precisão extremamente alta de até 100 nm em todas as três direções espaciais; Contudo, a taxa de construção aqui é de apenas cerca de 10 μm³ por segundo.

Economizando tempo com dois sistemas em uma máquina

Os parceiros do projeto agora estão combinando o processo baseado em DLP com o processo MPP e desenvolvendo uma máquina com dois sistemas de exposição selecionáveis ​​para altas taxas de construção ou alta precisão. Eles usam LEDs de alto desempenho que emitem em comprimento de onda de 365 nm e um chip DLP com resolução HD para litografia. O módulo MPP usa um laser de femtossegundo com um scanner rápido e óptica de microscópio.

“A vantagem está na interação entre os dois procedimentos:Dependendo da necessidade, pretendemos alternar entre os sistemas de exposição no processo, "explica o Dr. Martin Wehner, Gerente de projeto HoPro-3-D na Fraunhofer ILT. “O desafio que enfrentamos está no controle do processo. O conceito foi desenvolvido, atualmente uma máquina apropriada está sendo construída. "

Além disso, software de controle está sendo desenvolvido, que deve decidir de forma independente - com base nos dados CAD - quando uma mudança entre as duas fontes faz sentido. O resultado final é que essa transição funciona suavemente e as estruturas podem ser construídas em uma cuba de resina sem a necessidade de trocar a resina fotossensível. A equipe do projeto está examinando diferentes materiais e otimizando a combinação do processo em detalhes.

Aplicações não só na biomedicina

Muitos componentes têm um corpo que pode ser montado rapidamente, mas também certas estruturas que requerem alta precisão. A combinação de processos permite, por exemplo, elementos de função ótica, como lentes ou prismas, devem ser integrados diretamente em um componente maior com grande precisão. Graças a esta abordagem, óptica de colimação completa para leitura de informações ópticas em tecnologia de análise pode concebivelmente ser construída.

Os campos de aplicação são múltiplos, mas essa máquina deve ser muito interessante para a produção de componentes usados ​​na tecnologia de análise biomédica. Suporta andaimes para modelos de tecido 3-D, componentes micromecânicos ou sistemas microfluídicos completos são exemplos típicos de aplicação para isso.