Impressora 3D atinge precisão e velocidade de jato de tinta

A capacidade de imprimir estruturas abaixo do micrômetro, e em alta velocidade, promete levar a fabricação aditiva para o reino da nanotecnologia.

Por: Inovação Tecnológica 12/02/2020  
É um recorde mundial duplo na impressão 3D, batendo resolução e velocidade.

Recorde de velocidade e resolução na impressão 3D

As impressoras 3D que trabalham com resolução na faixa dos milímetros para cima já estão ocupando seus lugares nos processos industriais. Muitas aplicações, no entanto, exigem uma impressão precisa na escala do micrômetro, e a uma velocidade muito maior.

Engenheiros do Instituto de Tecnologia Karlsruhe, na Alemanha, desenvolveram agora uma impressora capaz de imprimir objetos altamente precisos, com tamanhos de vários centímetros, mas com detalhes de submicrômetros. E, mais do que isso, a uma velocidade até então inigualável.

"Superamos de longe o recorde alcançado pelas asas de aviões impressas em 3D. Este é um novo recorde mundial," disse o professor Martin Wegener, cuja equipe vem ajudando há alguns anos a lançar as bases da impressão 3D em nanoescala.


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Para demonstrar não apenas a velocidade, mas também a confiabilidade do novo equipamento, a equipe imprimiu uma estrutura de treliça de 60 milímetros cúbicos, com detalhes até a escala dos micrômetros. A peça contém mais de 300 bilhões de vóxeis (um vóxel é a contrapartida 3D de um píxel ou elemento de imagem 2D).

Você pode levar a peça ao microscópio que não encontrará defeitos maiores do que um micrômetro (um milésimo de milímetro).
 

Impressão 3D para nanotecnologia

Na tecnologia de impressão 3D em micro e nano-escalas, o feixe de um laser controlado por computador é direcionado para um volume de um material líquido chamado fotorresiste, largamente usado na eletrônica. Apenas o material localizado no exato foco do laser é exposto à luz e endurece, criando um vóxel sólido.

"Os pontos focais correspondem aos bicos de uma impressora a jato de tinta. A única diferença é que eles trabalham tridimensionalmente," explicou o pesquisador Vincent Hahn.

Dessa forma, estruturas de filigrana altamente precisas podem ser produzidas para várias aplicações, como óptica e fotônica, ciências dos materiais, bioengenharia ou engenharia de segurança - incluindo os aclamados metamateriais.

Para acelerar sua impressora, Hahn dividiu o raio laser em nove raios parciais, cada um produzindo um ponto focal. Todos os nove feixes parciais podem ser usados em paralelo e movidos com precisão muito mais rapidamente, graças a aprimoramentos feitos pela equipe no controle eletrônico do laser.

Essas e outras melhorias técnicas permitiram atingir velocidades de impressão 3D de cerca de 10 milhões de vóxeis por segundo, o que corresponde à velocidade alcançada pelas impressoras gráficas em jato de tinta 2D. "Afinal de contas, as impressoras 3D serão usadas para imprimir não apenas uma página, mas volumes espessos," comparou Hahn.

Neste caso, porém, a mecatrônica andou mais rápido do que a química, e agora os pesquisadores estão dependendo do desenvolvimento de fotorresistes mais sensíveis para gerar mais pontos focais na mesma saída do laser.

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