Un láser de alta potencia para piezas ultraprecisas a través de 12 órdenes de magnitud

La fabricación aditiva continúa demostrando que se encuentra en plena expansión, no solo a nivel industrial sino también en el ámbito de la investigación. UpNano, un spin-out de la Universidad Técnica de Viena (TU Wien), ha puesto de manifiesto que un láser de alta potencia, una vía óptica optimizada, una tecnología patentada de resolución adaptable y algoritmos inteligentes para el escaneo láser permiten una impresión en 3D de alta resolución como nunca antes se había visto.

La nueva tecnología permite imprimir piezas con resolución a nano y microescala a través de doce órdenes de magnitud en tiempos nunca antes logrados. Lo ha conseguido UpNano GmbH (Viena, Austria), que ha desarrollado un sistema de impresión en 3D mediante 2PP (polimerización de 2 fotones) de alta gama que puede producir piezas poliméricas con un volumen que va desde 100 a 1012 micrómetros cúbicos. Al mismo tiempo, la impresora permite una resolución a nano y microescala. Recientemente la compañía ha demostrado esta capacidad imprimiendo cuatro modelos de la Torre Eiffel que van desde 200 micrómetros a 4 centímetros, con una perfecta representación de todas las estructuras minúsculas en un plazo de 30 a 540 minutos. Con esto, la impresión en 3D mediante polimerización de dos fotones (2PP) está lista para aplicaciones en I+D y en la industria que hasta ahora parecían imposibles.

La impresión en 3D mediante polimerización de 2 fotones es una tecnología de producción ultraprecisa que hasta ahora sólo podía ser optimizada para un rango de escala muy limitado. Además, la producción en el rango de los centímetros (rango meso) llevaba mucho tiempo y, por lo tanto, era poco atractiva para la producción masiva en la industria. La empresa austriaca demuestra ahora que su sistema de impresión NanoOne puede producir en pocos minutos muestras altamente precisas con una resolución nano y micrométrica que van desde el rango de centímetros, a milímetros y a micrómetros de tamaño.

“Desarrollamos y patentamos una innovadora tecnología de resolución adaptativa para nuestro sistema de impresión en 3D”, explica Peter Gruber, jefe de tecnología y cofundador de UpNano. “Junto con una trayectoria óptica optimizada y algoritmos inteligentes, podemos utilizar toda la potencia del láser hasta 1 vatio, que es varias veces más que en sistemas comparables”. Un láser tan poderoso entrega suficiente energía para la impresión a alta velocidad, especialmente en el modo de resolución adaptativa. Esto, de hecho, es una ventaja significativa en comparación con otros sistemas que utilizan láseres más débiles y que, por lo tanto, tienen un rendimiento limitado.

“El beneficio de esta innovación”, añade Bernhard Küenburg, director general de UpNano, “es más notable en la gama meso. El sistema NanoOne ofrece tiempos de producción significativamente más rápidos que otros sistemas. Si a esto se suma nuestra tecnología patentada de resolución adaptativa, se acaba con la capacidad de imprimir objetos de un centímetro de tamaño con una resolución micrométrica en ciclos de producción cortos”. Este algoritmo permite un ensanchamiento del punto láser hasta un factor de 10 de acuerdo con las especificaciones del espécimen impreso. Un simple cambio de objetivos (hay diferentes disponibles, que van desde un aumento de 4x hasta 100x) permite la producción de piezas en el rango micro con resoluciones en la escala nanométrica. Esto también es mucho más rápido que otros sistemas gracias a las vías ópticas específicas, los algoritmos de escaneo optimizados y la tecnología patentada de resolución adaptativa. De hecho, el NanoOne es capaz de fabricar objetos con volúmenes de 12 órdenes de magnitud. Las dimensiones en el rango micrométrico son igualmente posibles que en el rango centimétrico, manteniendo una resolución ultra alta.

Gracias a esta gran versatilidad, el sistema ha sido acogido con gran interés tanto en I+D como en la industria, justo después de su introducción. Un ejemplo de su uso en medicina e investigación es la producción de microagujas con tolerancias estrictas y características definidas como la punta afilada, la cánula o el depósito.

Las piezas micromecánicas funcionales reflejan otra interesante área de aplicación de la tecnología de UpNano. Un ejemplo de referencia es un muelle funcional con una altura de 6 milímetros impreso en menos de 6 minutos o piezas de dos componentes con elementos móviles incluidos, impresas en trabajos de impresión individuales para aplicaciones de tecnología médica.

Los filtros son el tercero de los numerosos ejemplos que demuestran el rango de tamaño del NanoOne. Los tamaños de varios centímetros cuadrados con tamaños de poros en el rango bajo de un solo dígito micrométrico pueden imprimirse en cuestión de horas. “Estos filtros tienen tamaños de poros exactamente definidos para el 100 por ciento de todos los poros”, explica Bernhard Küenburg. Las variaciones en los tamaños de los poros son tan históricas como los resultados insatisfactorios de los filtros. De esta manera, el NanoOne de UpNano ofrece un nuevo horizonte para los procesos de filtrado y separación, un horizonte que ejemplifica el poder innovador de la empresa.