Combinado y eficiente: en dos pasos hacia el objetivo

Componente de muestra fabricado en Harzbad a partir del sistema HoPro-3D. © Fraunhofer ILT, Aachen. / Componente de muestra producido en un baño de resina del sistema HoPro3D. © Fraunhofer ILT, Aachen, Alemania.

Planta de laboratorio para la prueba del proceso de combinación. © Fraunhofer ILT, Aachen. / Planta de laboratorio para probar el proceso de combinación. © Fraunhofer ILT, Aquisgrán, Alemania.

Realización del proceso MPP y DLP en un baño de resina. © Fraunhofer ILT, Aachen. / Realización del proceso MPP y DLP en un baño de resina. © Fraunhofer ILT, Aachen, Alemania.

Junto con los socios del proyecto »Alta productividad y fidelidad de detalles en la fabricación aditiva mediante la combinación de polimerización UV y polimerización por multiphotones – HoPro-3D«, el Instituto Fraunhofer para la Tecnología Láser ILT desarrolló un sistema innovador para la fabricación de microcomponentes altamente detallados mediante fotovinculación. De esta forma, las microestructuras poliméricas pueden fabricarse de manera económica y personalizada en una sola máquina.

Los expertos del Fraunhofer ILT trabajaron junto con la LightFab GmbH de Aachen, la Bartels Mikrotechnik GmbH de Dortmund y la Miltenyi Biotec GmbH de Bergisch Gladbach en el proyecto »HoPro-3D« para desarrollar una impresora 3D innovadora para la fabricación de microcomponentes a partir de fotopolímeros. Combina una exposición rápida en plano, el llamado scrolling Digital Light Processing (DLP), con un proceso láser de alta resolución, la multiphotonopolimerización (MPP).

La impresora 3D HoPro-3D cuenta con dos sistemas de exposición seleccionables, para altas tasas de construcción (scrolling DLP) o para alta precisión (MPP). El módulo DLP, con una longitud de onda de 365 nm, expone las estructuras base de un microcomponente con una resolución de píxel de 10 μm. Además, con un láser de femtosegundos y el módulo MPP, se pueden escribir líneas de contorno con una resolución de aproximadamente 2 μm.

El método por capas permite construir estructuras MPP muy finas sobre estructuras DLP ya impresas, creando rápidamente componentes extensos con estructuras complejas y detalles de alta resolución. La muestra de laboratorio construida permite fabricar componentes con una superficie base de hasta 60 x 100 mm².

Combinar rápida y con precisión

El software de control del sistema HoPro-3D permite un cambio fluido entre ambos módulos de exposición. La decisión de cuándo cambiar entre los métodos de impresión puede basarse en los datos CAD. Durante la construcción por capas de un componente, se puede cambiar varias veces entre ambos procesos.

«El concepto está definido y la máquina correspondiente está construida y ya ha sido probada exhaustivamente», informa el Dr. Martin Wehner, jefe del grupo de Biofabricación en el Fraunhofer ILT. Tras la finalización del sistema en primavera de 2022, la máquina ya pudo ser probada y optimizada en el marco de la red de Fraunhofer SiCellNet, orientada a aplicaciones. El clúster SiCellNet es un centro de referencia para la investigación de nuevas herramientas y técnicas de fabricación para el análisis, clasificación y suministro de células. La capacidad de la máquina combinada y el control del proceso se pudieron ampliar de manera óptima.

En el proyecto subsecuente »Construcción precisa mediante impresión 3D sin costuras de alta resolución – PANDA«, financiado por el programa de innovación para pequeñas y medianas empresas, el equipo del Fraunhofer ILT ha estado investigando desde enero de 2022 la ampliación de la capacidad de los procesos basados en DLP. Los conocimientos adquiridos allí se aplicarán posteriormente en la máquina HoPro-3D para mejorar continuamente la rentabilidad del proceso de impresión 3D.

Aplicaciones en la biomedicina analítica

El Fraunhofer ILT es capaz de construir microcanales para desarrollar aplicaciones personalizadas de forma rápida y económica. Dado que no es necesario cambiar de máquina, se pueden integrar directamente en componentes mayores elementos funcionales más pequeños. La mayor precisión del proceso MPP permite una alta densidad funcional local en la fabricación de componentes.

Existen múltiples aplicaciones potenciales: chips microfluídicos para diagnósticos de laboratorio y pruebas rápidas, componentes micro mecánicos y sistemas microfluídicos completos para diagnósticos eficientes en el punto de atención, permitiendo diagnósticos cercanos al paciente en el lugar sin necesidad de laboratorios.

El proyecto HoPro-3D se llevó a cabo desde noviembre de 2018 hasta diciembre de 2021, fue coordinado por el Fraunhofer ILT y financiado con fondos del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).