Avanços na impressão 3D de Pequenas Coisas: PμSL para estruturas de várias escalas e materiais múltiplos

Com foco na fabricação digital mais complexa e de alta resolução, uma equipe de cientistas se reuniu para revisar as tecnologias de impressão em 3D estereolitografia de projeção (PμSL), divulgando os detalhes de seus estudos em “Impressão 3D baseada em micro estereolitografia de projeção e suas aplicações.” Devido à crescente proliferação de PμSL e outras tecnologias de micro e nanoprinting, pensamos que seria útil relançar o trabalho dos autores aqui.

Centrado em torno da fotopolimerização, empregando luz UV para criar estruturas, o PμSL oferece uma resolução de até 0,6 μm e permite impressão em múltiplas escalas e materiais. Embora existam muitas novas técnicas continuamente emergentes com base em categorias amplas, como modelagem de deposição por fusão, escrita direta com tinta, jato de tinta, estereolitografia (SLA) e muito mais, o PμSL é único como método de impressão em microescala.

Desenvolvida em 2005, a versão inicial do PμSL adotou o processo tradicional de luz digital, que lança luz UV em um leito de resina e a reduziu. O sistema original produzia estruturas altamente complexas, como uma matriz de micro-molas e uma rosca com detalhes tão pequenos quanto 0,6 μ m. O desempenho foi aprimorado ainda mais por Zheng et al. com o uso de cristal líquido no chip de silício para criar máscaras de camada e um LED UV para a fonte de cura. Isso permitiu saliências e estruturas mais complexas, como uma célula de unidade de treliça de octetos e materiais com maior porosidade.

A comercialização da impressão 3D baseada em PμSL começou há alguns anos, através da BMF Materials Technology Co., conhecida por sua experiência em micro / nanofabricação. O sistema aprimorado oferece duas opções diferentes de impressão para grandes áreas:

  • 2 μ m por pixel com área de impressão de 50 mm × 50 mm (nanoArch S130)
  • 10 μ m por pixel com área de impressão de 94 mm × 52 mm (nanoArch S140).

A área total de fabricação pode ser dividida em várias subáreas, menores que uma única projeção. Quando uma camada de subárea é impressa, os estágios X e Y se movem horizontalmente para a fabricação de uma subárea vizinha

afirmam os autores

O nanoArch tem sido utilizado em aplicações biomédicas, bem como na criação de dispositivos micro-mecânicos e peças estruturais para projetos de engenharia.

Outras melhorias foram feitas na impressão 3D do PμSL para obter uma tecnologia multifuncional e multimaterial. Para obter P μ SL em larga escala , a técnica foi combinada com um sistema de escaneamento óptico, além de usar a impressão 3D de “acúmulo de superfície imersa”, onde uma ferramenta de guia de luz oferece projeção contínua de feixe de luz, lançando padrões de UV em 3,67 mm × 2,75 mm com uma resolução de 2,5 μ m por pixel.

Entre todas as tecnologias de impressão 3D, a fabricação multimaterial pode ser facilmente realizada em FDM e DIW, simplesmente adicionando bicos de impressão extras para depositar diferentes materiais e tecnologia de impressão 3D a jato de tinta na qual a resina fotocurável é jateada sobre uma superfície através de micro-bicos seguida cura com luz UV”, explicam os pesquisadores. “No entanto, comparado às tecnologias de impressão 3D discutidas acima, o desenvolvimento de sistemas de impressão 3D multimateriais baseados em PµSL permanece comparativamente limitado devido às dificuldades de trocar resinas poliméricas.

Os autores apontam que, embora a impressão 3D multimaterial seja mais facilmente alcançável com modelagem de deposição fundida e escrita direta com tinta, o PµSL foi limitado pelas dificuldades inerentes à troca de resinas poliméricas. Os pesquisadores tentaram corrigir esses problemas com sistemas multimateriais mais complexos, como mostrado abaixo, que incluem a modificação das fibras dentro de uma resina usando campos magnéticos.

Os autores então descrevem os recursos multifuncionais desenvolvidos para o PµSL. Inúmeros polímeros curáveis ​​por UV à base de (met) acrilato foram experimentados para uso em aplicações que incluem impressão em 4D com polímeros com memória de forma – capazes de se transformar em vários usos, de acordo com o ambiente em mudança.

Além disso, a impressão em 4D foi explorada na produção de ferramentas como uma pinça com material macio nas pontas, e também no desenvolvimento de um sistema de rede dupla curável por UV para impressão em 4D com autocorreção. Outras aplicações exclusivas incluem a impressão em 3D de estruturas feitas de cascas artificiais de Abalone, camarão mantis Peacock e osso cortical de mamífero, no qual as nanopartículas magnéticas foram alinhadas via campo magnético para criar propriedades únicas em termos de rigidez, resistência e resistência. Uma equipe usou o PµSL para imprimir em 3D um modelo composto de hiPSC-HPCs com células endoteliais da veia umbilical humana e células-tronco derivadas de adipose, que demonstraram várias características das células hepáticas que foram aprimoradas em relação às técnicas tradicionais de bioengenharia.

Os autores observaram espaço para avançar, particularmente no que diz respeito às peças de cerâmica:

Houve tentativas de usar DLP ou SLA para imprimir peças de cerâmica em 3D usando precursor carregado com partículas de cerâmica ou cerâmica derivada de polímero. No entanto, a impressão de peças cerâmicas de alta resolução e alta densidade usando PμSL ainda não foi alcançada devido à falta de estudos fundamentais sobre o efeito de precursor carregado com partículas de cerâmica altamente viscosa no processo e na resolução da impressão, bem como com cerâmicas limitadas. impressão usando cerâmica derivada de polímero

disseram os pesquisadores

Concluindo, uma vez estabelecidas as capacidades de processamento de dados de imagem grande, impressão em voxel e impressão em cerâmica, a PμSL se tornará uma tecnologia de impressão 3D mais poderosa que será adotada mais amplamente pela indústria.

A impressão 3D continua a ser refinada para aplicações expansivas nos setores automotivo, aeroespacial e médico e odontológico – mas também figura predominantemente em outros trabalhos com metamateriais, além de avançar para o próximo nível em 4D.


Fonte: 3DPrint.com

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