Os pesquisadores desenvolveram um método de impressão 3-D automatizado que pode produzir microestruturas 3-D multicoloridas usando diferentes materiais. O novo método pode ser usado para fazer uma variedade de componentes ópticos, incluindo sensores ópticos e atuadores movidos a luz, bem como estruturas multimateriais para aplicações como robótica leve e aplicações médicas.

"Combinar vários tipos de materiais pode ser usado para criar uma função que não pode ser realizada com um único material, "disse o líder da equipe de pesquisa Shoji Maruo, da Universidade Nacional de Yokohama, no Japão." Métodos como os nossos, que permitem a fabricação de estruturas multimateriais em uma única etapa, eliminam os processos de montagem, permitindo a produção de aparelhos com alta precisão e baixo custo. "

No jornal The Optical Society (OSA) Optical Materials Express , Maruo e seus colegas descrevem seu novo método de impressão 3-D e o demonstram criando várias estruturas 3-D multicoloridas. Sua técnica é baseada em estereolitografia, um método de impressão 3-D ideal para fazer microdispositivos porque usa um feixe de laser bem focalizado para criar recursos detalhados.

"A capacidade de fazer elementos ópticos multimateriais em microescala usando impressão 3-D pode ajudar na miniaturização de dispositivos ópticos usados ​​para tratamentos médicos e diagnósticos, "disse Maruo." Isso pode melhorar a capacidade de usar esses dispositivos dentro ou sobre o corpo, ao mesmo tempo que permite que sejam descartáveis, o que ajudaria a fornecer um diagnóstico médico avançado e seguro. "

Otimizando a estereolitografia colorida

A estereolitografia constrói uma estrutura 3-D de alta precisão usando um laser para endurecer materiais ativados pela luz, conhecidos como resinas fotocuráveis, camada por camada. Os microfluídicos são frequentemente usados ​​para reter as resinas líquidas, mas é um desafio evitar que as diferentes resinas contaminem umas às outras ao trocar de materiais sem criar grandes quantidades de resíduos ou formar bolhas de ar no objeto impresso.

No novo trabalho, os pesquisadores desenvolveram uma maneira de manter os vários materiais em um estado de gota, o que permite que eles sejam trocados mais facilmente em um espaço fechado, como um microcanal, sem criar resíduos. Para suprimir bolhas de ar, a estrutura impressa em 3-D é movida dentro da resina cada vez que uma resina é substituída. Eles também integraram um processo de duas etapas para limpar a estrutura impressa em 3-D quando as resinas são trocadas para evitar completamente a contaminação cruzada.

Para implementar essa abordagem otimizada, os pesquisadores criaram uma paleta para conter várias resinas e colocaram-na, dois tanques de limpeza e um bocal de sopro em um estágio motorizado. “Todos os processos, incluindo impressão 3-D, substituição de resina, a remoção e limpeza de bolhas são realizadas sequencialmente usando um software que desenvolvemos, "disse Maruo." Isso permite que microestruturas 3D multicoloridas sejam criadas automaticamente. "

Criação de estruturas 3D multicoloridas

Os pesquisadores testaram a abordagem colocando vários tipos de resinas fotocuráveis ​​em uma paleta e usando-as para criar microestruturas 3-D. Para uma dessas estruturas de demonstração, um minúsculo cubo multicolorido com apenas 1,5 milímetros de diâmetro, o sistema de impressão 3-D trocou cinco cores de resina 250 vezes durante um processo de fabricação de 6 horas. Os pesquisadores também mostraram que o ajuste do número de camadas de resinas multicoloridas possibilitou o ajuste da absorbância de cada parte da estrutura, permitindo que criem microestruturas com cores como o preto, combinando camadas de vermelho, azul, verde e amarelo.

"Este método pode ser aplicado não apenas a resinas multicoloridas, mas também a uma ampla variedade de materiais, "disse Maruo." Por exemplo, misturar várias micro ou nanopartículas de cerâmica com uma resina fotocurável pode ser usado para imprimir 3-D vários tipos de vidro. Também poderia ser usado com materiais cerâmicos biocompatíveis para criar andaimes para a regeneração de ossos e dentes. "

Os pesquisadores agora estão trabalhando para reduzir o tempo necessário para processos como substituição de resina e remoção de bolhas para permitir uma fabricação ainda mais rápida. Eles também planejam usar a tecnologia demonstrada anteriormente para construir um sistema de fabricação multiescala no qual a resolução de fabricação pode ser alterada de menos de um micrômetro para várias dezenas de micrômetros, modificando a lente de foco e as condições de exposição do laser.