Combinato ed efficiente: In due passaggi al traguardo

Componente campione prodotto nel bagno di resina dal sistema HoPro-3D. © Fraunhofer ILT, Aachen. / Componente campione prodotto in un bagno di resina dal sistema HoPro3D. © Fraunhofer ILT, Aachen, Germania.

Impianto di laboratorio per la prova del processo di combinazione. © Fraunhofer ILT, Aachen. / Impianto di laboratorio per testare il processo di combinazione. © Fraunhofer ILT, Aachen, Germania.

Realizzazione del processo MPP e DLP in un bagno di resina. © Fraunhofer ILT, Aachen. / Realizzazione del processo MPP e DLP in un bagno di resina. © Fraunhofer ILT, Aachen, Germania.

Insieme ai partner del progetto »Alta produttività e dettaglio nella produzione additiva attraverso la combinazione di polimerizzazione UV e polimerizzazione multiphotonica – HoPro-3D«, l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser ILT ha sviluppato un nuovo sistema per la produzione di microcomponenti altamente dettagliati tramite foto-reticolazione. In questo modo, microstrutture polimeriche possono essere prodotte in modo economico e su misura in una singola macchina.

Gli esperti dell'Istituto Fraunhofer ILT hanno collaborato con LightFab GmbH di Aachen, Bartels Mikrotechnik GmbH di Dortmund e Miltenyi Biotec GmbH di Bergisch Gladbach nel progetto »HoPro-3D« per lo sviluppo di una stampante 3D innovativa per la produzione di microcomponenti in fotopolimeri. Essa combina una rapida esposizione superficiale, chiamata scrolling Digital Light Processing (DLP), con un processo laser ad alta risoluzione, la polimerizzazione multiphotonica (MPP).

La stampante 3D HoPro-3D dispone di due sistemi di esposizione selezionabili, per alte velocità di costruzione (scrolling DLP) o alta precisione (MPP). Il modulo DLP con una lunghezza d'onda di 365 nm espone le strutture di base di un microcomponente con una risoluzione di pixel di 10 μm. Inoltre, con un laser a femtosecondi e il modulo MPP, è possibile scrivere linee di contorno con una risoluzione di circa 2 μm.

Il metodo a strati permette di costruire strutture MPP molto sottili su strutture DLP già stampate – così si ottengono rapidamente componenti estesi con strutture complesse e dettagli altamente risoluti. Il campione di laboratorio prodotto consente di realizzare parti con una superficie di base fino a 60 x 100 mm².

Combinare velocità e precisione

Il software di controllo dell'impianto HoPro-3D permette un cambio senza problemi tra i due moduli di esposizione. La decisione di passare da un metodo di stampa all'altro può essere presa in base ai dati CAD. Durante la costruzione a strati di un componente, è possibile passare più volte tra i due processi.

«Il concetto è pronto e la macchina corrispondente è stata assemblata e testata approfonditamente», riferisce il Dr. Martin Wehner, responsabile del gruppo di biofabbricazione presso l'Istituto Fraunhofer ILT. Dopo il completamento dell'impianto nella primavera del 2022, la macchina è stata già testata e ottimizzata nell'ambito della rete Fraunhofer SiCellNet, orientata alle applicazioni. Il cluster SiCellNet rappresenta un punto di riferimento centrale per la ricerca di nuovi strumenti e tecniche di produzione per l'analisi, la selezione e la fornitura di cellule. La capacità della combinazione di sistemi e il controllo del processo sono stati così ottimizzati.

Nel progetto successivo »Costruzione precisa tramite stampa 3D senza soluzione di continuità ad alta risoluzione – PANDA«, finanziato dal programma di innovazione per le PMI, il team dell'Istituto Fraunhofer ILT sta studiando dall gennaio 2022 l'espansione delle capacità dei processi supportati da DLP. Le conoscenze acquisite saranno successivamente applicate nell'impianto HoPro-3D per migliorare costantemente la convenienza economica del metodo di stampa 3D.

Applicazioni nella diagnostica biomedica

L'Istituto Fraunhofer ILT è in grado di realizzare microcanali strutturati per sviluppare applicazioni su misura in modo rapido ed economico. Poiché non è necessario cambiare tra diverse macchine, è possibile integrare direttamente elementi funzionali più piccoli in componenti più grandi. La maggiore precisione del processo MPP permette un'alta densità funzionale locale nella produzione di parti.

Esistono molte potenziali applicazioni: microfluidici chips per la diagnostica di laboratorio e test rapidi, componenti micromeccanici e sistemi microfluidici completi per una diagnostica efficiente Point-of-Care, che consente di effettuare diagnosi vicino al paziente senza controlli di laboratorio.

Il progetto HoPro-3D si è svolto da novembre 2018 a dicembre 2021, coordinato dall'Istituto Fraunhofer ILT e finanziato con fondi del Fondo europeo di sviluppo regionale (FESR).