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La impresión 3D está transformando la forma en que se fabrican estructuras complejas a escala, lo que afecta a todo, desde los hogares hasta los audífonos.
![Lograr una contracción uniforme de estructuras a nanoescala impresas en 3D](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_40554_17014288125832548.jpg)
En las escalas micro y nano, la litografía de polimerización de dos fotones (TPL) permite la construcción cuidadosa de objetos. Debido a su capacidad para lograr una precisión microscópica en las creaciones, este proceso ha tenido impactos de gran alcance en todas las industrias, desde la medicina hasta la manufactura.
TPL ofrece aplicaciones prometedoras en informática y comunicaciones al facilitar el desarrollo de materiales ópticos innovadores, como cristales fotónicos, que pueden manipular la luz de manera diferente.
Sin embargo, se enfrentan obstáculos para aprovechar todo su potencial, centrados principalmente en lograr una contracción uniforme y tamaños de características más pequeños que la longitud de onda de la luz visible. Este control preciso es fundamental para la manipulación avanzada de la luz y sigue siendo un gran desafío a superar.
Para superar este obstáculo, el profesor Joel Yang, líder de un equipo del pilar de Desarrollo de Productos de Ingeniería de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD), trabajó con expertos del Centro de Tecnología Industrial de la Prefectura de Wakayama en Japón.
Juntos, desarrollaron una técnica novedosa que tiene como objetivo lograr una contracción uniforme en estructuras impresas en 3D durante el tratamiento térmico. Este método representa un avance significativo en la mejora de la aplicación de TPL para producir características a nanoescala excepcionalmente precisas.
La investigación fue publicada en comunicación de la naturaleza.
Los científicos utilizaron una capa de poli(alcohol vinílico) o PVA sobre el sustrato de impresión para ayudar a lavar las piezas impresas en 3D y transferirlas a un sustrato separado, lo que permitió una reducción controlada y uniforme de las piezas impresas en 3D. Unirlo sin apretar al nuevo sustrato permite que la base de las estructuras se deslice mientras toda la impresión 3D se encoge uniformemente cuando se calienta.
El problema de la contracción desigual causada por la unión de la estructura a la superficie sobre la que se imprime se aborda mediante un enfoque simple y eficaz. Se ha abierto la posibilidad de transferir piezas microscópicas impresas en 3D para integrarlas en otros dispositivos o en sustratos adecuados para TPL.
Así como las lombrices de tierra se expanden y contraen para moverse a través de las superficies, creíamos que podríamos permitir que nuestras estructuras 3D se «deslizaran» a un tamaño más pequeño sin distorsión..
Joel KW Yang, autor, desarrollo de productos técnicos, Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur
Yang se inspiró en la naturaleza para desarrollar esta técnica innovadora.
La compleja geometría de la mascota de la prefectura de Wakayama (con sus diversas curvas, protuberancias y desniveles) la convirtió en un tema ideal para demostrar la eficacia de nuestra técnica. La exitosa contracción uniforme de un modelo tan detallado sugiere que nuestro método podría adaptarse a cualquier forma, independientemente de su forma o de la resistencia de la plataforma sobre la que se coloca..
Tomohiro Mori, autor principal e investigador visitante, Centro de Tecnología Industrial de la Prefectura de Wakayama
Su método permite la creación de estructuras extremadamente detalladas que van más allá de las limitaciones inherentes de sus equipos de impresión. Este avance supera las limitaciones anteriores en cuanto a resolución y rigidez del material comúnmente asociadas con los objetos impresos en 3D.
Utilizando esta técnica de reducción, los investigadores pueden mejorar las características de las estructuras impresas en 3D para realizar nuevas funciones, como servir como indicadores visuales al mostrar colores estructurales. Lo crucial es que estos colores provengan de la estructura interna del material y no de tintes. A medida que la estructura se hace más pequeña, su interacción con la luz cambia, cambiando su apariencia visual.
Esto confiere a los materiales diferentes funciones.
Por ejemplo, la incorporación a las estructuras de moléculas específicas llamadas cromóforos, que responden a diferentes tipos de luz, podría permitir el desarrollo de materiales que cambien de color en respuesta a determinadas condiciones de iluminación. 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..
Joel KW Yang, autor, desarrollo de productos técnicos, Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur
El método desarrollado por los investigadores tiene aplicaciones en industrias como la electrónica, donde se pueden fabricar complicados disipadores de calor necesarios para enfriar dispositivos de alto rendimiento como GPU y CPU de última generación.
La reducción constante de componentes impresos también permite aplicaciones en áreas que requieren alta precisión en la estructuración 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 alta precisión.
En el futuro, los científicos planean ampliar las aplicaciones de su método más allá del material de resina polimérica que se utiliza actualmente en la investigación. El objetivo de los científicos es producir cristales fotónicos más eficaces que podrían mejorar los métodos en láseres, sistemas de imágenes y sensores ópticos aplicando su método a materiales con índices de refracción más altos.
Además, el equipo también está perfeccionando el control del espaciado en estructuras impresas para crear modelos 3D a todo color que puedan controlar con precisión la forma en que se manipula la luz.
Sus esfuerzos incluyen la transmisión y posicionamiento preciso de estas estructuras en áreas extensas o en cantidades significativas manteniendo la alta precisión requerida por estas aplicaciones avanzadas.
Referencia de la revista:
Mori, T., et al. (2023). Proceso de recogida y colocación para una contracción uniforme de materiales micro y nanoarquitectónicos impresos en 3D. comunicación de la naturaleza. doi/s41467-023-41535-9
Fuente: https://www.sutd.edu.sg/
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