Investigadores de la Universidad de Utah revolucionan la impresión 3D con método que crea piezas sin fugas en 20 segundos
Científicos de la Universidad de Utah han desarrollado un método de impresión 3D que crea microestructuras sólidas en una única exposición láser, eliminando las costuras débiles que dejan los sistemas convencionales de impresión por capas. El proceso completa una impresión en aproximadamente 20 segundos, ofreciendo una alternativa significativamente más rápida a las técnicas basadas en láser existentes que pueden tomar horas. El avance, liderado por Rajesh Menon, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería Price de la Universidad de Utah, junto con el miembro del laboratorio Dajun Lin, utiliza una máscara a escala nanométrica que remodela la luz láser en un patrón holográfico que coincide con el objeto deseado.
La impresión 3D convencional basada en láser construye objetos una capa a la vez, lo que puede dejar costuras microscópicas donde se encuentran las capas. Estas interfaces pueden debilitar las piezas impresas o permitir que los fluidos se filtren en aplicaciones como dispositivos microfluídicos. El nuevo método de los investigadores de Utah resuelve este problema endureciendo una estructura completa en una única exposición, eliminando esos límites de capas y produciendo una pieza más uniforme.
El proceso se basa en la fotolitografía, una técnica de fabricación ampliamente utilizada para fabricar chips semiconductores. En lugar de proyectar luz sobre una superficie plana, el nuevo método dirige la energía láser hacia un volumen tridimensional dentro de un material fotosensible llamado SU-8. En la fotolitografía convencional, una máscara opaca bloquea la luz de áreas no deseadas para crear patrones bidimensionales. Extender el concepto a tres dimensiones es más difícil porque la luz se dispersa mientras viaja a través del material, reduciendo la precisión.
Para resolver este problema, los investigadores diseñaron una lente nanoestructurada que actúa como una máscara holográfica. Posicionada frente al láser, compensa la difracción de la luz y enfoca la energía solo donde se supone que debe formarse la estructura final. Según Menon, "la máscara funciona como un cortador de galletas, estampando una forma compleja en masa gruesa. El láser está 'horneando' la masa en el interior al mismo tiempo, por lo que la forma resultante es físicamente resistente".
Utilizando esta técnica, el equipo fabricó matrices de microtúbulos con diámetros de tubo individuales tan pequeños como 6 micrómetros. Las estructuras alcanzaron relaciones de aspecto de hasta 120:1 mientras mantenían la resistencia mecánica. Los investigadores también probaron las microestructuras impresas bajo compresión y demostraron que podían transportar líquidos a través de la acción capilar. Estos resultados sugieren que el método podría ser útil para aplicaciones que requieren canales microscópicos precisos, incluyendo sistemas microfluídicos y fabricación avanzada.
El enfoque actual produce lo que los investigadores describen como estructuras "2D extendidas". Aunque los objetos impresos tienen altura, ancho y largo, el sistema actualmente permite control preciso solo en dos dimensiones. El equipo ahora está trabajando para extender la tecnología a la impresión verdaderamente tridimensional mientras retiene su velocidad y precisión.
Los investigadores también demostraron múltiples diseños de celosía y producción continua de diferentes formas, indicando que el proceso podría escalarse para una fabricación más rápida de componentes microscópicos complejos. El método podría mejorar significativamente la resistencia y confiabilidad de dispositivos a microescala mientras reduce drásticamente el tiempo de fabricación.
El estudio fue publicado en Nature Communications, según reportes de Interesting Engineering.