Los investigadores han desarrollado una nueva técnica de polimerización de dos fotones que utiliza dos láseres para imprimir en 3D estructuras complejas de alta resolución. El avance podría hacer que el proceso de impresión 3D sea menos costoso, lo que le ayudaría a encontrar un uso más amplio en una variedad de aplicaciones.
La polimerización de dos fotones es una técnica avanzada de fabricación aditiva que tradicionalmente utiliza un láser de femtosegundo para polimerizar materiales de forma precisa y tridimensional. Aunque este proceso funciona bien para crear microestructuras de alta resolución, no se usa ampliamente en la fabricación porque los láseres de femtosegundos son costosos y aumentan el costo de la impresión de piezas.
“Combinamos un láser emisor de luz visible de costo relativamente bajo con un láser de femtosegundo para emitir pulsos infrarrojos para reducir el requerimiento de energía del láser de femtosegundo”, dijo el líder del equipo de investigación Xian Fan Su de la Universidad Purdue. “Por tanto, con una determinada potencia del láser de femtosegundo, se puede aumentar el rendimiento de impresión, reduciendo el coste de impresión de piezas individuales”.
En Revista del Grupo Editorial Óptica Óptica ExpressLos investigadores muestran que un enfoque de dos láseres reduce la potencia de impresión 3D con láser de femtosegundo en un 50 por ciento en comparación con el uso de solo un láser de femtosegundo.
“La impresión 3D con alta resolución tiene muchas aplicaciones, incluidos dispositivos electrónicos 3D, microrobots para el campo biomédico y estructuras o andamios 3D para ingeniería de tejidos”, dijo Zhou. “Nuestro novedoso enfoque de impresión 3D se puede implementar fácilmente en muchos sistemas de impresión 3D con láser de femtosegundo existentes”.
Encontrar el equilibrio láser adecuado
El nuevo trabajo es parte de los esfuerzos del equipo de investigación para mejorar continuamente la velocidad de impresión y reducir los costos de impresión para la polimerización de dos fotones, que utiliza la absorción de dos imágenes para fijar o fortalecer con precisión la tendencia de los materiales fotosensibles.
“En el proceso tradicional de impresión por polimerización de dos fotones, primero se utiliza un láser de femtosegundo para iniciar un proceso fotoquímico que reduce las especies prohibidas en el material antes de que comience la impresión”, dijo Xu. “Para ello utilizamos un láser económico”.
El nuevo enfoque combina la absorción de un solo fotón de un láser de nanosegundos de 532 nm con la absorción de dos fotones de un láser de femtosegundo de 800 nm. Para que funcionara, los investigadores tuvieron que encontrar el equilibrio adecuado entre la impresión y la inhibición provocadas por los dos láseres. Lo hicieron creando un nuevo modelo matemático para ayudar a comprender los procesos fotoquímicos involucrados y calcular el efecto combinado de los procesos de excitación de dos fotones y de un solo fotón. También utilizaron el modelo para identificar los procesos dominantes que controlan cuánta potencia del láser de femtosegundo se puede reducir sin dejar de lograr los resultados de impresión deseados.
Impresión de estructuras detalladas
Después de perfeccionar el nuevo enfoque, lo utilizaron para imprimir varias estructuras 2D y 3D utilizando un láser de baja potencia de femtosegundos. Estos incluyen montones de madera detallados que miden solo 25 × 25 × 10 μm, así como buckybolas, estructuras quirales y nudos tréboles a escala de micras. Los resultados experimentales mostraron que el nuevo método redujo la potencia del láser de femtosegundo hasta en un 80 por ciento para estructuras 2D y aproximadamente un 50 por ciento para estructuras 3D.
“Este nuevo enfoque de impresión podría influir en las tecnologías de fabricación, afectando el desarrollo de dispositivos en los sectores de electrónica de consumo y atención sanitaria ahora y en el futuro”, afirmó Xu. Los investigadores ahora están trabajando para mejorar aún más la velocidad de impresión y reducir el costo de la impresión 3D.
