Insieme a partner industriali, il Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT ha sviluppato un nuovo sistema per la produzione di microcomponenti ad alta risoluzione mediante foto-reticolazione. Grazie al loro lavoro nel progetto “Alta produttività e precisione dei dettagli nella produzione additiva combinando la polimerizzazione UV e la polimerizzazione multifotone – HoPro-3D”, le microstrutture polimeriche possono ora essere prodotte economicamente e personalizzate in un’unica macchina.
Produzione più rapida di strutture polimeriche: due processi in una sola macchina
Veloce o preciso: entrambi non possono essere raggiunti nella produzione delle migliori strutture polimeriche con il laser. O forse possono? La combinazione di stereolitografia e polimerizzazione multifotone dovrebbe renderlo possibile: gli scienziati del Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT stanno sviluppando una macchina per tecnologie di costruzione 3D ad alta precisione ed economiche utilizzando entrambi i metodi
Gli esperti del Fraunhofer ILT hanno collaborato con LightFab GmbH di Aachen, Bartels Mikrotechnik GmbH di Dortmund e Miltenyi Biotec GmbH di Bergisch Glabach nel progetto “HoPro-3D”. Lì hanno sviluppato un nuovo tipo di stampante 3D che combina l’esposizione bidimensionale veloce – elaborazione della luce digitale a scorrimento (DLP) – con un processo laser ad alta risoluzione – polimerizzazione multifotonica (MPP) – per produrre microcomponenti da fotopolimeri.
La stampante 3D HoPro-3D ha due sistemi di esposizione selezionabili, per velocità di costruzione elevate (DLP a scorrimento) o alta precisione (MPP). Il modulo DLP, che emette a una lunghezza d’onda di 365 nm, espone le strutture di base di un microcomponente con una risoluzione in pixel di 10 µm. Come complemento, un laser a femtosecondi e il modulo MPP possono essere utilizzati per scrivere linee di contorno con una risoluzione di circa 2 µm.
L’approccio layer-by-layer consente di costruire le migliori strutture MPP su strutture DLP già stampate, creando così rapidamente componenti estesi con una struttura complessa e dettagli ad alta risoluzione. Il modello di laboratorio costruito consente la produzione di componenti con un ingombro fino a 60 x 100 mm².
Combinare i processi in modo rapido e preciso
Il software di controllo del sistema HoPro-3D consente agli utenti di passare senza problemi tra i due moduli di esposizione. Inoltre, possono utilizzare i dati CAD per decidere quando ha senso passare da un processo di stampa all’altro. Durante la costruzione strato per strato di un componente, è possibile passare più volte da un processo all’altro.
“Il concetto è in atto e la macchina corrispondente è stata costruita e già ampiamente testata”, riferisce il dott. Martin Wehner, capo del gruppo di biofabbricazione presso Fraunhofer ILT. Dopo il completamento nella primavera del 2022, il prototipo di laboratorio potrebbe già essere testato e ottimizzato in modo orientato all’applicazione come parte della rete Fraunhofer SiCellNet. Il cluster SiCellNet costituisce un punto di contatto centrale per la ricerca di nuovi strumenti e tecniche di produzione per l’analisi, l’ordinamento e la fornitura di cellule viventi. Le prestazioni dell’impianto combinato e il controllo del processo potrebbero così essere ampliate in modo ottimale.
Nel progetto di follow-up “Precise assembly by high resolution seamless 3D printing – PANDA”, finanziato dal programma per l’innovazione delle PMI, il team di Fraunhofer ILT ha ampliato le prestazioni dei processi basati su DLP dal gennaio 2022. Le conoscenze acquisite verranno successivamente essere applicato nel sistema HoPro-3D per migliorare continuamente l’efficienza economica del processo di stampa 3D.
Applicazioni nell’analisi biomedica
Il Fraunhofer ILT è in grado di costruire strutture a microcanali per sviluppare applicazioni specifiche del cliente in modo da risparmiare tempo e denaro. Poiché non è necessario passare da una macchina all’altra, gli elementi funzionali più piccoli possono essere integrati direttamente in componenti più grandi. Inoltre, grazie alla maggiore precisione del processo MPP, è possibile integrare nei componenti durante la produzione un’elevata densità funzionale locale di strutture microscopiche.
Le potenziali applicazioni sono numerose: chip microfluidici per diagnostica di laboratorio e test rapidi, componenti micromeccanici e sistemi microfluidici completi per un’efficiente diagnostica point-of-care forniscono diagnostica in loco vicino al paziente senza bisogno di ulteriori test di laboratorio.
Il progetto HoPro-3D si è svolto da novembre 2018 a dicembre 2021, è stato coordinato da Fraunhofer ILT e finanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale (FESR).
