Nueva tecnología hace que las impresoras micro-3D sean más precisas

Profesor Dr. Georg von Freymann (Foto: TUK/Thomas Koziel)

Se puede ver un simulador cuántico fotónico. La estructura real se encuentra en el bloque interior y no es visible incluso con esta ampliación. (Foto: grupo de trabajo de Freymann)

El mercado de impresoras 3D está creciendo: con ellas se pueden fabricar productos de forma rápida y sencilla. Pero no solo se utilizan en el mundo visible para nosotros, sino también en el nano y microcosmos. Esto es posible gracias a impresoras 3D microespecializadas. Los físicos de la Universidad Técnica de Kaiserslautern (TUK) se dedican a esta técnica. Ahora han ampliado las funciones del sistema láser que se utiliza, permitiéndoles crear estructuras mucho más complejas. La tecnología ayuda, por ejemplo, a producir nuevas microestructuras para las superficies de componentes, con el fin de reducir la fricción, pero también para investigar mejor los fundamentos de la física cuántica.

Los productos impresos con los que trabajan los físicos bajo la dirección del profesor Dr. Georg von Freymann en el campus de Kaiserslautern son tan pequeños que no son visibles a simple vista, solo como pequeños granos. Son más pequeños que el diámetro de un cabello y los detalles estructurales más pequeños se sitúan en rangos de unos 100 nanómetros. Solo el microscopio electrónico de barrido los hace visibles, junto con sus formas delicadas.

Las impresoras 3D micro ya llevan algunos años en el mercado. Utilizan procesos litográficos que funcionan de manera similar a la exposición en antiguos filmes fotográficos. "Un haz láser expone una sustancia plástica viscosa", explica Georg von Freymann, del departamento de Tecnologías Ópticas y Fotónica, sobre el principio. "La intensidad del láser es tan alta que provoca una reacción química local y el plástico se endurece". Un programa informático determina la forma 3D deseada. Después de que la parte expuesta se endurece, se puede retirar el resto del líquido.

Los físicos de Kaiserslautern llevan mucho tiempo trabajando con esta tecnología y continúan desarrollándola: han ampliado la funcionalidad de las impresoras. "Podemos controlar la amplitud, fase y polarización del haz láser", dice el profesor. Esto permite a los investigadores fabricar estructuras mucho más complejas mediante el proceso de impresión.

La tecnología se utiliza en diferentes áreas. En el marco del Grupo de Investigación 926 "Superficies de componentes: morfología a escala micro", los físicos colaboran, por ejemplo, con colegas del departamento de Ingeniería Mecánica y Procesos. Desarrollan microestructuras innovadoras para la superficie de componentes. "De esta manera, se puede reducir, por ejemplo, la fricción y, por tanto, el desgaste", explica el profesor. Además, estos métodos son de interés para controlar, por ejemplo, la acumulación de células. "En muchas áreas, los microorganismos se adhieren en forma de biopelículas", menciona von Freymann como ejemplo. Esto puede ocurrir en hospitales, pero también en instalaciones de producción industrial. "Con superficies estructuradas específicamente, se puede prevenir esto. Por otro lado, también es posible colocar células de manera selectiva", por ejemplo, en la investigación, para hacer que los cultivos celulares crezcan mejor.

La tecnología de impresión láser también es importante para la investigación básica, por ejemplo, para estudiar fenómenos de la física cuántica con precisión. "Con ella podemos desarrollar modelos en los que, entre otras cosas, desplazamos las posiciones de átomos individuales. Esto no es tan fácil en sólidos reales", explica von Freymann. "Aquí podemos investigar qué sucede a nivel cuántico".

Von Freymann también participa en la empresa Nanoscribe, fundada en 2007, que fabrica impresoras 3D micro. Recientemente, la empresa recibió junto con el Instituto de Nanotecnología del Instituto de Tecnología de Karlsruhe el Premio a la Transferencia Tecnológica de la Sociedad Física Alemana.