Uniendo fuerzas: microimpresión 3D rápida como un rayo con dos láseres

Imprimir objetos de plástico de forma precisa, rápida y económica es el objetivo de muchos procesos de impresión 3D. Sin embargo, la velocidad y la alta resolución siguen siendo un reto tecnológico. Un equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT), la Universidad de Heidelberg y la Universidad Tecnológica de Queensland (QUT) ha avanzado mucho en la consecución de este objetivo. Ha desarrollado un proceso de impresión láser que puede imprimir piezas de tamaño micrométrico en un abrir y cerrar de ojos. El equipo internacional ha publicado el trabajo en Nature Photonics.

La impresión 3D por estereolitografía es actualmente uno de los procesos de fabricación aditiva de plásticos más populares, tanto para aplicaciones privadas como industriales. En la estereolitografía, las capas de un objeto 3D se proyectan una a una en un recipiente lleno de resina. La resina se cura con luz UV. Sin embargo, los anteriores métodos de estereolitografía son lentos y tienen una resolución demasiado baja. La impresión 3D con lámina de luz, utilizada por los investigadores del KIT, es una alternativa rápida y de alta resolución.

Impresión 3D con dos colores en dos etapas

En la impresión 3D en lámina de luz, se proyecta luz azul en un recipiente lleno de resina líquida. La luz azul preactiva la resina. En una segunda etapa, un rayo láser rojo proporciona la energía adicional necesaria para curar la resina. Sin embargo, la impresión 3D sólo puede imprimir rápidamente resinas que vuelven rápidamente de su estado preactivado a su estado original. Sólo entonces se puede imprimir la siguiente capa. En consecuencia, el tiempo de retorno dicta el tiempo de espera entre dos capas sucesivas y, por tanto, la velocidad de impresión. "Para la resina que utilizamos, el tiempo de retorno fue inferior a 100 microsegundos, lo que permite alcanzar altas velocidades de impresión", afirma el primer autor, Vincent Hahn, del Instituto de Física Aplicada (APH) del KIT.

Estructuras micrométricas en un abrir y cerrar de ojos

Para aprovechar esta nueva resina, los investigadores construyeron una impresora 3D especial. En esta impresora, se utilizan diodos láser azules para proyectar imágenes en la resina líquida mediante una pantalla de alta resolución con una elevada frecuencia de imagen. El láser rojo se convierte en un fino rayo de "hoja de luz" y cruza el rayo azul verticalmente en la resina. Con esta disposición, el equipo pudo imprimir en 3D piezas de tamaño micrométrico en unos cientos de milisegundos, es decir, en un abrir y cerrar de ojos. Sin embargo, la cosa no se queda ahí: "Con resinas más sensibles, podríamos incluso utilizar LEDs en lugar de láseres en nuestra impresora 3D", dice el profesor Martin Wegener de APH. "En última instancia, queremos imprimir estructuras 3D de tamaño centimétrico, manteniendo una resolución micrométrica y altas velocidades de impresión".