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(noticias nanowerk) Desde casas hasta audífonos, la impresión tridimensional (3D) está revolucionando la forma en que creamos estructuras complejas a escala. Un proceso conocido como litografía de polimerización de dos fotones (TPL), que se extiende a los niveles micro y nano, permite a los científicos e ingenieros construir objetos con precisión microscópica, lo que tiene implicaciones de gran alcance para industrias que van desde la medicina hasta la manufactura.
En informática y comunicaciones, por ejemplo, el TPL se puede utilizar para desarrollar nuevos materiales ópticos, como cristales fotónicos, que puedan manipular la luz de nuevas formas. Sin embargo, aunque es prometedor, todavía existen algunos desafíos que impiden alcanzar su máximo potencial. El más importante de ellos es el desafío de lograr una contracción uniforme y tamaños de características por debajo de la longitud de onda de la luz visible, lo cual es crucial para la manipulación avanzada de la luz.
Para abordar este desafío, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Joel Yang de Desarrollo de Productos de Ingeniería de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD), en colaboración con sus colegas del Centro de Tecnología Industrial de la Prefectura de Wakayama en Japón, ha introducido un nuevo Método para la contracción uniforme de estructuras impresas en 3D durante el tratamiento térmico. Esto refina aún más el uso de TPL en la producción de características a nanoescala de alta precisión.
Su investigación fue publicada en comunicación de la naturaleza (“Método de recogida y colocación para una contracción uniforme de materiales micro y nanoarquitectónicos impresos en 3D”).
Las tesis centrales
![Concepto y esquema del proceso de recogida y colocación para la contracción uniforme de micronanoestructuras impresas en 3D](https://www.nanowerk.com/news2/gadget/id64150_1.jpg)
Investigación
En su estudio, los investigadores utilizaron una capa de poli(alcohol vinílico) o PVA sobre el sustrato de impresión para facilitar el lavado y la transferencia de piezas impresas en 3D a un sustrato separado, lo que permitió una reducción controlada y uniforme de las piezas impresas en 3D. La unión suelta al nuevo sustrato permitió que la base de las estructuras se deslizara mientras toda la impresión 3D se encoge uniformemente cuando se calienta. Este enfoque simple pero efectivo evita el problema de la contracción desigual causada por la unión de la estructura a la superficie sobre la que se imprime. También abre oportunidades para transferir piezas microscópicas impresas en 3D para su integración en otros dispositivos o en sustratos que no son adecuados para TPL.
El profesor Yang se inspiró en la naturaleza para esta técnica y explicó: «Así como las lombrices de tierra se expanden y contraen para moverse a través de las superficies, creíamos que podíamos permitir que nuestras estructuras 3D se redujeran a un tamaño más pequeño sin distorsión ni deslizamiento».
Según Tomohiro Mori, primer autor del artículo e investigador visitante en el Centro de Tecnología Industrial de la Prefectura de Wakayama, «La compleja geometría de la mascota de la Prefectura de Wakayama, con sus diversas curvas, protuberancias y desniveles, la convirtió en un sujeto ideal para demostrar la eficacia de nuestra técnica”. La exitosa reducción uniforme de un modelo tan detallado sugiere que nuestro método podría adaptarse a cualquier forma, independientemente de su forma o de la estabilidad de la plataforma sobre la que se coloca”.
El enfoque del equipo permite la creación de estructuras finamente detalladas que van más allá de lo que sus dispositivos de impresión podían producir originalmente, rompiendo barreras anteriores en resolución y rigidez del material asociadas con los objetos impresos en 3D.
Aprovechando este nuevo proceso de reducción, los investigadores también pueden refinar las propiedades de las estructuras impresas en 3D hasta el punto en que puedan funcionar en nuevas funciones, como indicadores visuales debido a su capacidad para mostrar colores estructurales. Más importante aún, estos colores no se deben a los tintes, sino que surgen de la estructura interna del material que, cuando se reduce de tamaño, interactúa con la luz de una manera que cambia su apariencia.
Esto confiere a los materiales nuevas funciones. «La incorporación en las estructuras de moléculas específicas llamadas cromóforos, que responden a diferentes tipos de luz, podría permitirnos, por ejemplo, desarrollar materiales que cambien de color en respuesta a determinadas condiciones de iluminación», explicó el profesor Yang. «Esto tiene aplicaciones prácticas en la lucha contra la falsificación, donde la autenticidad de los artículos se puede verificar a través de diferentes colores estructurales y las propiedades de emisión de estos materiales».
![Contracción del molde de un modelo 3D impreso con características (a, b) microescala y (c) nanoescala](https://www.nanowerk.com/news2/gadget/id64150_2.jpg)
La tecnología desarrollada por el equipo de investigación es prometedora para industrias como la electrónica, donde se puede utilizar para crear complicados disipadores de calor necesarios para enfriar dispositivos de alto rendimiento como GPU y CPU de última generación. La contracción constante de los componentes impresos también abre aplicaciones en áreas que requieren alta precisión en el diseño de materiales, como piezas mecánicas con geometrías complejas, elementos ópticos con capacidades precisas de manipulación de la luz y dispositivos acústicos que pueden controlar el sonido con mayor precisión.
De cara al futuro, los investigadores planean ampliar las aplicaciones de su técnica más allá del material de resina polimérica utilizado actualmente en su estudio. Al aplicar su método a materiales con índices de refracción más altos, esperan crear cristales fotónicos más eficaces que podrían mejorar las tecnologías en láseres, sistemas de imágenes y sensores ópticos.
Además, el equipo de investigación también está trabajando en ajustar el control de distancia en estructuras impresas para crear modelos 3D a todo color que puedan controlar con precisión la forma en que se manipula la luz. Esto incluye esfuerzos para transferir y posicionar con precisión estas estructuras en áreas grandes o en cantidades significativas manteniendo al mismo tiempo la alta precisión requerida para estas aplicaciones avanzadas.
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