Microfabricación rápida con la ayuda de Wittmann Battenfeld

16/07/2024

La combinación de la impresión de alta precisión 2PP µ-3D y la máquina de microinyección Micropower 15t de Wittmann Battenfeld, ha permitido a NanoVoxel reducir la fabricación de micropiezas de alta precisión a dos semanas.

La integración de estos métodos de microfabricación permite la creación rápida de prototipos y abre nuevas posibilidades en ingeniería y diseño. Probado con éxito en aplicaciones de electrónica biomédica y de consumo, este avance permite la producción de microppiezas complejas con una precisión y libertad de diseño sin precedentes. La empresa austriaca NanoVoxel ha innovado con este sistema que puede revolucionar la microfabricación eficiente y personalizada.

Microfabricación al alza

Las micropiezas de alta precisión están adquiriendo una relevancia cada vez mayor en diferentes sectores, como el biomédico, o la electrónica de consumo. La mayoría de las aplicaciones requieren diseños que exigen alta precisión, iteraciones rápidas y desafían la libertad de diseño convencional.

Conjuntos de microagujas impresas en 3D comparadas con una punta de bolígrafo.

Por ejemplo, los métodos de fabricación actuales, como CNC, EDM, litografía de máscara e impresión 3D SLA, compiten para producir de forma rápida y precisa piezas como microdifusores para aplicaciones acústicas con detalles 3D de 70 µm (imagen de cabecera). También, microlentes con una rugosidad inferior a 10 nm, microagujas con puntas de 5 µm, microboquillas con aberturas inferiores a 20 µm o chips de microfluidos con filtros especializados.

Sin embargo, NonoVoxel y Wittmann Battenfeld han demostrado que también puede lograrse la microfabricación de piezas precisas combinando la impresión 2PP µ-3D y el moldeo por microinyección. Este es precisamente el punto fuerte de NanoVoxel, una nueva empresa fundada en Viena en 2022 para este tipo de microcomponentes.

Los precedentes

Hace aproximadamente dos décadas, los fabricantes de máquinas, como Wittmann Battenfeld con su MicroPower 15 t, fueron pioneros en sistemas de moldeo por inyección especializados. Estos sistemas fueron diseñados para piezas de precisión a microescala, ofreciendo modularidad industrial y beneficios económicos significativos.

Inserto de cavidad impreso directamente.

A pesar de esta versatilidad y precisión, el cuello de botella en la producción de micropiezas persistía debido a sus cavidades de inyección, lo que provocaba plazos de entrega prolongados de hasta 20 semanas.

Actualmente, los clientes aceptan a regañadientes tolerancias mayores (± 30 µm), pero existe una necesidad creciente de plazos de entrega más cortos y funciones más pequeñas, especialmente en el desarrollo de prototipos. Asemás, la producción de moldes de precisión, que consume mucho tiempo, sigue siendo el principal obstáculo.

Recientes desarrollos

El avance en precisión combinado con eficiencia económica se ha logrado en los últimos años con la impresora de 2 fotones de UpNano, una nueva empresa también con sede en Viena y socia de NanoVoxel. Esta impresora se basa en el principio de absorción no lineal de fotones, llamado polimerización de dos fotones (2PP). Un láser de femtosegundo emite un haz estrechamente enfocado para excitar una resina fotosensible.

La unidad de escáner mueve el rayo láser a través de espejos Galvano y sistemas de lentes para curar la resina. Al igual que la impresión 3D SLA/DLP, cuando se absorbe la luz, se desencadena una reacción química en la resina. Esto provoca que se polimerice y se solidifique en el punto focal del rayo láser.

A diferencia de las tecnologías de impresión 3D conocidas, el sistema 2PP logra un control total de la polimerización en dimensión z. Ello se traduce en agujeros y cavidades precisos y redondos. El proceso de impresión 2PP ofrece una precisión y resolución incomparables con respecto a la mayoría del resto de técnicas de fabricación. Esto permite la creación de microestructuras 3D complejas con una precisión submicrónica, incluso en el rango nanométrico.

Terminal de un prototipo de endoscopio. La sección amarilla translúcida está hecha de segmentos impresos en 3D, mientras que las blancas (imagen de la derecha) son segmentos moldeados en POM.

Nuevas posibilidades en microfabricación

Esto lo hace ideal para aplicaciones que requieren detalles particularmente complejos con alta calidad superficial. La variedad de resinas fotosensibles para impresión 2PP, incluidos fotopolímeros y materiales híbridos, les permite adaptarse a aplicaciones específicas y ofrecer una amplia gama de propiedades mecánicas, ópticas y químicas.

Así, con impresoras 2PP se pueden imprimir micropiezas en cuestión de horas a partir de un archivo CAD 3D. Y con una precisión que los fabricantes de moldes convencionales no pueden lograr, ni siquiera con la maquinaria más avanzada.

Con esta fabricación aditiva avanzada se pueden producir tolerancias inferiores a 1 µm, estructuras de hasta 200 nm y acabados superficiales con una rugosidad superficial promedio superior a 10 nm. Las geometrías que no se pueden producir mediante moldeo por inyección, debido, por ejemplo, a cortes, se pueden producir rápidamente con la impresión 3D.

La segunda imagen de este artículo muestra un ejemplo de prototipos de microagujas impresas en 2PP, enfatizando los bordes afilados y las estructuras microhuecas.

Inconvenientes y soluciones

Provisionalmente, la desventaja de esta técnica es su capacidad de producción en grandes volúmenes, lo que le resta rentabilidad para piezas de tamaño superior a unos pocos mm.

Las limitaciones tanto del micromoldeo como de la microimpresión 3D plantean la cuestión de cómo acelerar los plazos de entrega, mantener una alta precisión y productividad. Algo para lo que NanoVoxel GmbH ha encontrado la respuesta combinando la impresión 2PP con la microinyección.

*Para más información: www.wittmann-group.com / www.nanovoxel.com

MundoPlast

16.07.2024