La microimpresión 3D, o más precisamente, la fabricación aditiva a microescala, está impulsando una nueva revolución de miniaturización en todo, desde microchips hasta dispositivos médicos. La creciente demanda de dispositivos miniaturizados en electrónica, biotecnología, automoción y aeroespacial está generando un mayor interés en el desarrollo de tecnologías de fabricación aditiva a microescala. Este método de impresión 3D puede producir piezas y componentes diminutos en formas que no son posibles con la fabricación tradicional, de manera más rápida y a un costo mucho menor. Los fabricantes que imprimen sus propias piezas micro en sus instalaciones no se ven afectados por las interrupciones en la cadena de suministro actuales.
A medida que el mundo se mueve hacia el ancho de banda 5G, estas altas frecuencias y longitudes de onda cortas significan antenas y estructuras diminutas; a medida que los microsemiconductores encuentran un lugar en los productos que nos rodean, crece la necesidad de intercambiadores de calor a microescala; y a medida que el tratamiento médico se vuelve más específico para cada paciente, surge la necesidad de fabricar dispositivos médicos individualizados, como los stents. Aunque actualmente se utiliza principalmente en investigación, la fabricación aditiva a microescala muestra grandes promesas para aplicaciones que van desde sensores portátiles e incrustados hasta placas de circuito impreso y la impresión 3D con células vivas.
Aunque las técnicas de fabricación tradicionales (como el moldeo por microinyección, la micromecanización y el grabado) pueden producir piezas diminutas precisas, dichos procesos son complejos y costosos (especialmente para artículos individuales o en pequeños lotes), y no existen muchas empresas que puedan realizar este trabajo. La fabricación aditiva a microescala proporciona una alternativa a la fabricación tradicional, con piezas de alta resolución y alta precisión que son viables para la producción, incluso hasta cientos de miles de piezas. Veamos la tecnología y las máquinas que están a la vanguardia de la microimpresión 3D.
Los Fundamentos de la Tecnología de Microimpresión 3D
Las buenas impresoras 3D disponibles comercialmente para la impresión de joyas y la impresión 3D médica, como la EnvisionTec Perfactory P4K y la Formlabs Form 3B, pueden lograr resoluciones de alrededor de 25 a 75 micrones (μm), pero la microimpresión 3D llega a ser mucho más pequeña. La fabricación aditiva a microescala generalmente se refiere a la producción de piezas medidas en micrones de un solo dígito, con un grosor de capa de 5 micrones y una resolución de 2 micrones. Algunas tecnologías incluso son capaces de imprimir piezas medibles en nanómetros (nm), que es 1,000 veces más pequeño que un micrón. Para referencia, el ancho promedio de un cabello humano es de 75 micrones y un filamento de ADN humano tiene un diámetro de 2.5 nanómetros.
Esta tecnología se utiliza hoy en día en todo, desde el diseño de relojes de lujo hasta la aeroespacial y la tecnología médica, entre otros. La mayoría de la microimpresión 3D se realiza a través de impresoras de resina, o más específicamente, reacciones de fotopolimerización con luz. Sin embargo, algunas empresas han comenzado a pasar de los polímeros al ámbito de los metales, incluyendo acero, cobre y oro. Veamos las cinco categorías principales de tecnología de fabricación aditiva a microescala.
Microestereolitografía (µSLA)
Este proceso pertenece a la familia de la polimerización en una cubeta. Implica exponer un material fotosensible (resina líquida) a un láser ultravioleta. El proceso general es similar al de la mayoría de las impresoras de resina comerciales: se vierte resina en un tanque, se baja una plataforma de construcción en la resina, un láser dibuja una sección transversal de la pieza 3D, capa por capa, mientras la plataforma se baja en la cámara. La diferencia radica en la sofisticación de los láseres y la adición de lentes, que son capaces de generar puntos de luz casi increíblemente pequeños, y resinas especializadas.
Microestereolitografía por Proyección (PµSL)
Esta técnica de fabricación aditiva está creciendo debido a su bajo costo, precisión, velocidad y también a la gama de materiales que puede utilizar, que incluyen polímeros, biomateriales y cerámicas. Ha mostrado potencial en aplicaciones que van desde microfluidos y ingeniería de tejidos hasta microóptica y microdispositivos biomédicos. El proceso PµSL es similar al de µSLA, excepto que en lugar de un láser, PµSL utiliza luz ultravioleta de un proyector. La técnica permite la fotopolimerización rápida de una capa completa de polímero líquido utilizando un destello de luz UV con una resolución a microescala, por lo que es significativamente más rápido. Es bastante similar a la tecnología de impresión de resina de procesamiento de luz digital (DLP) que se encuentra en impresoras 3D de empresas como Carbon.
La microimpresión 3D está revolucionando la forma en que se fabrican y diseñan productos en una amplia gama de industrias. Desde la electrónica hasta la medicina, esta tecnología está permitiendo la creación de piezas y componentes más pequeños, precisos y personalizados. A medida que la tecnología continúa avanzando, es emocionante pensar en las posibilidades futuras que la microimpresión 3D puede ofrecer.
