Hispanopedia WikiLa microestereolitografía por proyección ( PμSL ) adapta la tecnología de impresión 3D para la microfabricación. La tecnología de micropantallas digitales proporciona máscaras de estereolitografía dinámicas que funcionan como una fotomáscara virtual . Esta técnica permite la fotopolimerización rápida de una capa completa con un destello de luz ultravioleta a resolución micrométrica. La máscara puede controlar la intensidad de la luz de cada píxel , lo que permite controlar las propiedades del material de la estructura fabricada con la distribución espacial deseada.
Los materiales incluyen polímeros , hidrogeles sensibles , polímeros con memoria de forma y biomateriales . [ 1 ]
Introducción
Los sistemas microelectromecánicos (MEMS) se han desarrollado rápidamente en los últimos 30 años. Al depender de la integración de sensores y actuadores, los MEMS siempre requieren un método más económico, sencillo y preciso para fabricar estructuras 3D de tamaño micro utilizando diferentes materiales como polímeros, cerámicas y materiales semiconductores. [ 2 ] La aparición de la microestereolitografía de proyección mejora el desarrollo de los MEMS al cumplir con la mayoría de los requisitos anteriores. Esta invención se basa en la estereolitografía (impresión 3D), desarrollada por Charles Hull en 1984. Esta máquina se utiliza principalmente para fabricar materiales blandos como hidrogeles y polímeros. La teoría básica detrás de esta invención es usar luz UV para curar la solución, que consta de iniciadores , monómeros y absorbentes , para formar cada capa de materiales. Bajo la exposición a la luz UV , los iniciadores se transforman en radicales. Los radicales unen los monómeros para iniciar el proceso de polimerización. Los absorbentes se mezclan con los monómeros para controlar la profundidad de penetración de la luz UV. Este proceso químico permite que las áreas expuestas a los rayos UV se conviertan en polímeros en estado sólido. [ 2 ]
Historia
Al principio, todos los métodos de estereolitografía de tamaño micro utilizaban el mismo método que la estereolitografía de tamaño macro, que consiste en escribir directamente los materiales sobre la base. La primera estereolitografía de tamaño micro que utilizaba luz UV para curar la superficie de resina líquida fue desarrollada por los profesores Ikuta y Hirowatari en 1993. Este enfoque de fabricación es el prototipo de la microestereolitografía de proyección actual. [ 3 ] En comparación con los métodos de fabricación de escritura directa anteriores, este enfoque tiene la ventaja de que puede fabricar cada capa simultáneamente, lo que aumenta la tasa de rendimiento para la producción a gran escala. En ese momento, los datos de forma 2D se obtenían en un sistema CAD . Los datos 2D se utilizan para fabricar planos de corte 2D en el líquido. Por lo tanto, se deben crear varios planos 2D en el sistema CAD para estructuras complejas. Esta estereolitografía se puede utilizar para fabricar tanto polímeros como metales. Los metales se fabrican mediante el proceso de fundición después de que se haya hecho un molde de polímero. Aunque mejora la tasa de rendimiento, este método requiere una máscara para cada capa del producto final, lo que aumenta el tiempo y el costo del proceso. Por lo tanto, se ha desarrollado una nueva tecnología de fabricación en la que las máscaras se reemplazan por un dispositivo de visualización de micromirrores , similar a un proyector. Este dispositivo proporciona una máscara dinámica que permite cambiar los patrones electrónicamente. Al sustituir varias máscaras por una sola, se reducen considerablemente el tiempo de procesamiento y el coste de fabricación.
Proceso
La máscara dinámica define el haz. Este se enfoca sobre la superficie de una resina polimérica fotocurable mediante una lente de proyección que reduce la imagen al tamaño deseado. Una vez polimerizada una capa, la plataforma baja el sustrato hasta un espesor de capa predefinido, y la máscara dinámica muestra la imagen de la siguiente capa sobre la anterior. Este proceso se repite iterativamente hasta completarse. El proceso permite crear capas con un espesor del orden de 400 nm. [ 4 ]
Se han logrado resoluciones horizontales inferiores a 2 μm y verticales inferiores a 1 μm, con tamaños de características inferiores a 1 μm. El proceso puede funcionar a temperatura y atmósfera ambiente, aunque un mayor contenido de nitrógeno mejora la polimerización. Se han alcanzado tasas de producción de 4 mm³/h, dependiendo de la viscosidad de la resina. [ 4 ]
Los materiales se pueden cambiar fácilmente durante la fabricación, lo que permite la integración de múltiples elementos de material en un solo proceso. [ 4 ]
Aplicaciones
Las aplicaciones incluyen la fabricación de microactuadores, la creación de moldes , la galvanoplastia o (con aditivos de resina) artículos cerámicos , incluidos microbiorreactores para apoyar el crecimiento de tejidos, micromatrices para la administración y detección de fármacos y circuitos integrados bioquímicos para simular sistemas biológicos. [ 4 ]
Inspirado en la Mimosa pudica , la hoja de este actuador puede hincharse ante estímulos externos como disolventes , temperatura y luz. Para controlar su movimiento, incorpora microcanales microfluídicos en su interior. Con geometrías externas y estructuras internas complejas, este microactuador flexible se fabrica mediante microestereolitografía por proyección, una de las técnicas más sencillas para obtener estructuras 3D complejas. El molde CAD del actuador se genera en un ordenador. A continuación, se obtienen las imágenes 2D seccionadas. Cada imagen 2D se proyecta mediante una pantalla de micromirrores y se proyecta a través de una lente hasta alcanzar el tamaño deseado sobre la superficie de la resina polimérica. Dado que la microestereolitografía por proyección ahorra tiempo, el mismo experimento puede realizarse con diferentes materiales blandos líquidos para estudiar su efecto de hinchamiento. Gracias a esta contracción y extensión de los materiales provocadas por una pequeña gota de disolvente o un ligero cambio en las condiciones ambientales, este microactuador puede imitar el movimiento del músculo humano y utilizarse en numerosas aplicaciones de robótica blanda . [ 5 ]
Tejido artificial
Muchos procedimientos de cirugía reconstructiva requieren tejidos nuevos cuando los tejidos originales se extraen debido a enfermedades. Una forma de generar este nuevo tejido es tomar una parte del tejido de otra parte del cuerpo humano y trasplantarla al nuevo sitio. Sin embargo, este método causa daño a otros órganos durante la generación de nuevos tejidos. Por lo tanto, la fabricación de tejidos artificiales es un enfoque preferido para resolver este problema. La principal limitación de este tejido artificial es la ausencia del sistema capilar para transportar nutrientes y oxígeno como el sistema circulatorio en los organismos vivos . Con la capacidad de fabricar estructuras 3D complejas, la microestereolitografía de proyección puede proporcionar una de las mejores soluciones para este tejido. Al igual que el microactuador , el molde del tejido artificial se crea mediante CAD . Luego, el molde CAD se transfiere a imágenes 2D y se proyecta sobre la superficie de la resina polimérica a través de una lente. El sistema capilar se integra en el tejido durante el proceso de diseño del molde CAD . El polímero utilizado en la fabricación del tejido es semipermeable, lo que permite que los nutrientes y el oxígeno del sistema capilar penetren en el tejido durante el proceso de transporte. Se ha demostrado que el sistema capilar promueve el crecimiento de células de levadura , lo que ilustra la viabilidad de este tejido artificial. [ 6 ]
Véase también
Referencias
- ↑ "Microestereolitografía por proyección" . Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. Archivado del original el 11 de enero de 2016. Consultado el 13 de abril de 2015 .
- 1 2 Sun, Chen; Fang, Nicholas; Wu, Dongmin; Zhang, Xiang (mayo de 2015). "Microestereolitografía de proyección mediante máscara dinámica de micromirror digital". Sensores y Actuadores A: Físico . 121 : 113–120 . CiteSeerX 10.1.1.180.2371 . doi : 10.1016/j.sna.2004.12.011 .
- ↑ Ikuta, K.; Hirowatari, K. (1993). "Microfabricación tridimensional real mediante estereolitografía y moldeo de metales". [ 1993 ] Actas de IEEE Micro Electro Mechanical Systems . IEEE. págs. 42– 47. doi : 10.1109/memsys.1993.296949 . ISBN 978-0780309579. S2CID 110913866 .
- 1 2 3 4 Fang, Nicholas. "Microestereolitografía por proyección" (PDF) . Departamento de Ciencias e Ingeniería Mecánica, Universidad de Illinois. Archivado (PDF) del original el 23 de febrero de 2015. Recuperado el 13 de abril de 2015 .
- ↑ Lee, Howon; Xia, Chunguang; Fang, Nicholas Xuanlai (2008). "Microactuador biomimético impulsado por hinchamiento de polímeros". Nano-Manufacturing Technology; and Micro and Nano Systems, Parts A and B . Vol. 13. pp. 765– 769. doi : 10.1115/imece2008-67594 . ISBN 978-0-7918-4874-6.
- ↑ Xia, Chunguang; Fang, Nicholas X. (2009-10-06). "Biorreactor microfabricado 3D con capilares". Biomedical Microdevices . 11 (6): 1309– 1315. doi : 10.1007/s10544-009-9350-4 . ISSN 1387-2176 . PMID 19806459 . S2CID 1220201 .
- procesos de impresión 3D