Combiné et efficace : en deux étapes vers l'objectif

Composant d'échantillon fabriqué dans un bain de résine à partir du système HoPro-3D. © Fraunhofer ILT, Aachen. / Composant d'échantillon produit dans un bain de résine à partir du système HoPro3D. © Fraunhofer ILT, Aachen, Allemagne.

Installation de laboratoire pour l'essai du processus de combinaison. © Fraunhofer ILT, Aachen. / Installation de laboratoire pour tester le processus de combinaison. © Fraunhofer ILT, Aachen, Allemagne.

Réalisation du processus MPP et DLP dans un bain de résine. © Fraunhofer ILT, Aachen. / Réalisation du processus MPP et DLP dans un bain de résine. © Fraunhofer ILT, Aachen, Allemagne.

En collaboration avec les partenaires du projet »Haute productivité et fidélité des détails dans la fabrication additive par combinaison de la polymérisation UV et de la polymérisation par multiphotonons – HoPro-3D«, l'institut Fraunhofer pour la technologie laser ILT a développé un nouvel appareil pour la fabrication de micro-composants hautement résolus par photo-vitrification. Des microstructures polymères peuvent ainsi être fabriquées de manière économique et sur mesure dans une seule machine.

Les experts du Fraunhofer ILT ont travaillé en collaboration avec la LightFab GmbH d'Aachen, la Bartels Mikrotechnik GmbH de Dortmund et la Miltenyi Biotec GmbH de Bergisch Gladbach dans le cadre du projet »HoPro-3D« sur le développement d'une nouvelle imprimante 3D pour la fabrication de micro-composants à partir de photopolymères. Elle combine une exposition rapide en surface, appelée Digital Light Processing (DLP) en défilement, avec un processus laser à haute résolution, la polymérisation par multiphotonons (MPP).

L'imprimante 3D HoPro-3D possède deux systèmes d'exposition au choix, pour des taux de construction élevés (DLP en défilement) ou une haute précision (MPP). Le module DLP, avec une longueur d'onde de 365 nm, expose les structures de base d'un micro-composant avec une résolution de pixels de 10 μm. En complément, il est possible d'écrire des lignes de contour avec une résolution d'environ 2 μm à l'aide d'un laser femtoseconde et du module MPP.

La méthode par couches permet de construire, étape par étape, des structures MPP très fines sur des structures DLP déjà imprimées – permettant ainsi de créer rapidement des composants étendus avec une structure complexe et des détails à haute résolution. L'échantillon de laboratoire ainsi construit permet la fabrication de pièces d'une surface jusqu'à 60 x 100 mm².

Allier rapidité et précision

Le logiciel de contrôle de l'installation HoPro-3D permet une transition fluide entre les deux modules d'exposition. La décision de changer de procédé d'impression peut être prise en fonction des données CAO. Pendant la construction couche par couche d'un composant, il est possible de passer plusieurs fois d'un procédé à l'autre.

« Le concept est validé et la machine correspondante est construite et déjà testée en détail », rapporte le Dr Martin Wehner, chef du groupe Biofabrication à l'ILT du Fraunhofer. Après la mise en service de l'appareil au printemps 2022, celui-ci a pu être testé et optimisé dans le cadre du réseau Fraunhofer SiCellNet, axé sur l'application. Le cluster SiCellNet constitue un point de contact central pour la recherche de nouveaux outils et techniques de fabrication pour l'analyse, le tri et la mise à disposition de cellules. La performance de l'installation combinée et la gestion du processus ont ainsi pu être optimisées.

Dans le cadre du projet suivant »Construction précise par impression 3D sans couture à haute résolution – PANDA«, financé par le programme d'innovation pour les PME, l'équipe de l'ILT du Fraunhofer étudie depuis janvier 2022 l'extension de la capacité des procédés DLP. Les connaissances acquises seront ultérieurement appliquées dans l'installation HoPro-3D afin d'améliorer continuellement la rentabilité du procédé d'impression 3D.

Applications en analyse biomédicale

L'ILT du Fraunhofer est capable de construire des microcanaux pour développer des applications sur mesure, en économisant du temps et des coûts. L'absence de changement d'appareil permet d'intégrer directement de plus petits éléments fonctionnels dans des composants plus grands. La précision accrue du procédé MPP permet une densité fonctionnelle locale élevée lors de la fabrication de pièces.

De nombreuses applications potentielles existent : puces microfluidiques pour la diagnostic en laboratoire et les tests rapides, composants micro-mécaniques et systèmes microfluidiques complets pour un diagnostic efficace sur site, sans contrôle en laboratoire.

Le projet HoPro-3D s'est déroulé de novembre 2018 à décembre 2021, coordonné par l'ILT du Fraunhofer et financé par le Fonds européen de développement régional (FEDER).