Los científicos desarrollan una innovadora tecnología de impresión 3D para crear microestructuras de vidrio con luz
Según un nuevo estudio publicado en la revista Science, investigadores de la Universidad de California, Berkeley, han desarrollado un nuevo método de impresión 3D de microestructuras de vidrio. Este método es más rápido y produce objetos con mayor calidad óptica, flexibilidad de diseño y resistencia.
Los investigadores se asociaron con científicos de la Universidad de Friburgo en Alemania para ampliar las capacidades de un proceso de impresión 3D que desarrollaron hace tres años, la litografía axial computacional (CAL), para imprimir características más finas e imprimir en vidrio. A este nuevo sistema lo llaman "micro-CAL".
El vidrio suele ser el material elegido para fabricar objetos microscópicos complejos, incluidas lentes para cámaras pequeñas y de alta calidad utilizadas en teléfonos inteligentes y endoscopios, así como dispositivos de microfluidos utilizados para analizar o procesar cantidades diminutas de líquidos. . Sin embargo, los métodos de fabricación actuales pueden ser lentos, costosos y limitados en su capacidad para satisfacer las crecientes demandas de la industria.
El proceso CAL es fundamentalmente diferente de los procesos de fabricación de impresión 3D industriales actuales, que construyen objetos a partir de finas capas de material. Esta técnica puede llevar mucho tiempo y dar como resultado una textura superficial rugosa. Sin embargo, CAL 3D imprime todo el objeto simultáneamente. Los investigadores utilizaron láseres para proyectar patrones de luz en un material fotosensible giratorio, creando una dosis de luz tridimensional que luego se solidificó en la forma deseada. La naturaleza sin capas del proceso CAL hace posibles superficies lisas y geometrías complejas.
Esta investigación traspasa los límites de CAL y demuestra su capacidad para imprimir características a microescala en estructuras de vidrio. "Cuando publicamos este método por primera vez en 2019, CAL podía imprimir objetos en polímeros con características de aproximadamente un tercio de milímetro de tamaño", dijo Hayden Taylor, investigador principal y profesor de ingeniería mecánica en UC Berkeley.
"Ahora, con micro-CAL, podemos imprimir objetos en polímeros con características tan pequeñas como aproximadamente 20 millonésimas de metro, o aproximadamente un cuarto del ancho de un cabello humano. Y hemos ha demostrado por primera vez que este método puede imprimir no sólo en polímeros, sino también en vidrio, con características de hasta aproximadamente 50 millonésimas de metro."
Para imprimir en vidrio, Taylor y su equipo de investigación colaboraron con científicos de la Universidad de Friburgo, que desarrollaron un material de resina especial que contiene nanopartículas de vidrio rodeadas por un líquido adhesivo sensible a la luz. Una proyección de luz digital de la impresora solidifica el aglutinante y luego los investigadores calientan el objeto impreso para eliminar el aglutinante y fusionar las partículas en un objeto sólido de vidrio puro.
"El factor clave aquí es que el índice de refracción del adhesivo es casi el mismo que el del vidrio, por lo que hay poca dispersión de la luz cuando pasa a través del material", dijo Taylor. proceso y este Glassomer (GmbH) Los materiales desarrollados son una combinación perfecta entre sí ”
El equipo de investigación también realizó pruebas y descubrió que los objetos de vidrio impresos con CAL tenían una resistencia más estable que los objetos fabricados con capas tradicionales. -Procesos de impresión basados en. "Cuando los objetos de vidrio contienen más fallas o grietas, o tienen una superficie rugosa, tienden a romperse más fácilmente", dijo Taylor. "Como resultado, CAL produce objetos con superficies más lisas que otros procesos de impresión 3D basados en capas". una gran ventaja potencial”
El método de impresión 3D de CAL proporciona a los fabricantes de objetos microscópicos de vidrio una forma nueva y más eficiente de cumplir con los requisitos de los clientes en cuanto a geometría, tamaño y estrictos requisitos de propiedades ópticas y mecánicas. Específicamente, esto incluye fabricantes de componentes ópticos microscópicos que son partes críticas de cámaras compactas, cascos de realidad virtual, microscopios avanzados y otros instrumentos científicos. "Poder fabricar estas piezas más rápido y con mayor libertad geométrica podría conducir a nuevas capacidades del dispositivo o menores costos", afirmó Taylor.