Las nanoimpresoras láser 3D se vuelven compactas
Los investigadores muestran cómo se pueden imprimir nanoestructuras tridimensionales con dispositivos compactos de sobremesa
Los láseres de las impresoras láser convencionales para imprimir en papel son muy pequeños. En cambio, las impresoras láser 3D para microestructuras y nanoestructuras tridimensionales han necesitado hasta ahora sistemas láser grandes y caros. Los investigadores del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) y de la Universidad de Heidelberg utilizan ahora otro proceso para este fin. La absorción en dos pasos funciona con diodos láser azules, baratos y pequeños. Como resultado, se pueden utilizar impresoras mucho más pequeñas.
Reconstrucción con microscopio electrónico de una nanoestructura 3D impresa con el proceso de absorción en dos pasos (izquierda) y microscopía de luz (derecha).
Professor Rasmus Schröder, University of Heidelberg, Vincent Hahn, KIT
Actualmente, la impresión láser es el método preferido para la fabricación aditiva mediante impresión 3D, ya que ofrece la mejor resolución espacial de todos los métodos y alcanza una velocidad de impresión extremadamente alta. En la impresión láser, se dirige un rayo láser enfocado hacia un líquido sensible a la luz. En el punto focal, la luz láser activa un interruptor en unas moléculas especiales y desencadena una reacción química. La reacción provoca el endurecimiento local del material. Moviendo el punto focal, se puede producir cualquier micro y nanoestructura en 3D. La reacción química se basa en la llamada absorción de dos fotones, lo que significa que dos fotones excitan la molécula al mismo tiempo, lo que provoca la modificación química deseada. Sin embargo, esta excitación simultánea se produce en muy pocas ocasiones, por lo que hay que aplicar complejos sistemas de láser pulsado, lo que da lugar a mayores dimensiones de la impresora láser.
Impresoras 3D más compactas gracias al proceso de dos pasos
Si se utiliza el llamado proceso de dos pasos, se pueden realizar impresoras más compactas y pequeñas. El primer fotón transfiere la molécula a un estado intermedio. En el segundo paso, un segundo fotón transfiere la molécula del estado intermedio al estado de excitación deseado e inicia la reacción química. La ventaja: Al contrario que en la absorción de dos fotones, la absorción de los dos fotones no debe producirse necesariamente al mismo tiempo. "Para el proceso se pueden utilizar diodos láser de onda continua compactos y de baja potencia", afirma Vincent Hahn, primer autor del estudio del Instituto de Física Aplicada (APH) del KIT. Las potencias láser necesarias son muy inferiores a las de los punteros láser convencionales. La impresión, sin embargo, requiere fotorresistencias específicas. "El desarrollo de estos fotorresistentes ha llevado varios años y sólo ha sido posible en colaboración con los químicos", afirma el profesor Martin Wegener, del APH.
No sólo más fácil, sino mejor
"La publicación revela que la idea funciona, incluso mejor que la absorción de dos fotones utilizada anteriormente", afirma Hahn. Para Martin Wegener, la ventaja es obvia: "Hay una gran diferencia entre utilizar un láser de femtosegundo tan grande como una maleta grande por varios diez mil euros o un láser semiconductor que es tan grande como una cabeza de alfiler y cuesta menos de diez euros". Ahora, los demás componentes de la nanoimpresora láser 3D también tienen que ser miniaturizados. En mi opinión, un dispositivo del tamaño de una caja de zapatos parece realista en los próximos años. Eso sería incluso más pequeño que la impresora láser de mi escritorio en el KIT". De este modo, las nanoimpresoras láser 3D podrían llegar a ser asequibles para muchos colectivos. Los expertos ya hablan de una democratización de la tecnología de impresión láser 3D.
Junto con los investigadores del KIT, han participado en la publicación científicos de la Universidad de Heidelberg. La publicación se originó en el marco del clúster de excelencia conjunto "Materia 3D hecha a medida" del KIT y la Universidad de Heidelberg.
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