Debido a su excelente transparencia, así como a su estabilidad en contacto con el calor o los productos químicos, el vidrio es relevante para muchas aplicaciones de alta tecnología.

Sin embargo, los procesos convencionales para dar forma al vidrio suelen ser tediosos, consumen mucha energía y alcanzan rápidamente sus límites para componentes pequeños y complicados.

Los científicos de materiales de Freiburg, el Dr. Frederik Kotz-Helmer y el Prof. Dr. Bastian E. Rapp, en cooperación con la Universidad de California en Berkeley en los EE. UU., han desarrollado un proceso novedoso que se puede utilizar para producir componentes muy pequeños a partir de vidrio transparente. de forma rápida y precisa mediante la microimpresión 3D.

Las posibles aplicaciones incluyen componentes para sensores y microscopios, pero también para sistemas lab-on-a-chip.

La nueva tecnología se basa en los llamados materiales Glassomer, que Kotz-Helmer y Rapp desarrollaron en el Departamento de Ingeniería de Microsistemas (IMTEK) de la Universidad de Friburgo.

“Los materiales glassomer consisten en polvo de vidrio en un aglutinante de plástico especial”, dice Kotz-Helmer, “lo que permite procesar el vidrio como un plástico”.

Los componentes resultantes se colocan luego en un horno, que hace que el plástico se queme y el vidrio se sinterice, es decir, se densifique.

“Al final, los componentes consisten en un cien por cien de vidrio de sílice fundido altamente transparente”, dice Kotz-Helmer.

Los científicos de Freiburg ahora han combinado materiales Glassomer con un nuevo proceso de impresión 3D desarrollado por un equipo de investigación dirigido por el Prof. Dr. Hayden Taylor de la Universidad de California, Berkeley.

Las impresoras 3D convencionales imprimen sus objetos capa por capa.

Sin embargo, en el nuevo proceso, llamado litografía axial computarizada (CAL), el componente se crea en un solo paso.

Un recipiente que contiene material líquido sensible a la luz se expone a imágenes luminosas bidimensionales del objeto que se va a imprimir desde muchos ángulos diferentes.

Cuando las imágenes se superponen y la cantidad de luz absorbida localmente supera un determinado umbral, el material se endurece bruscamente y, en pocos minutos, se forma el componente.

El exceso de material aún líquido se puede lavar.

“En principio, este proceso también funciona con material Glassomer”, dice Kotz-Helmer.

Para este propósito, los científicos de Freiburg desarrollaron un material hecho de polvo de vidrio y plástico que es altamente transparente y se endurece rápidamente en un valor umbral adecuado.

“El diablo estaba en los detalles químicos aquí”, dice el científico de materiales.

Además, anteriormente, el proceso CAL solo había sido adecuado para estructuras relativamente gruesas.

Al combinar la experiencia en ciencia de materiales de la Universidad de Freiburg y el socio del proyecto Glassomer GmbH, una spin-off de Freiburg, así como el mayor desarrollo de la tecnología del sistema en la Universidad de California, ahora ha sido posible combinar y mejorar estos tecnologías.

“Por primera vez, pudimos imprimir vidrio con estructuras en el rango de 50 micrómetros en solo unos minutos, lo que corresponde aproximadamente al grosor de un cabello”, dice Kotz-Helmer.

“Además, las superficies de los componentes son más suaves que con los procesos de impresión 3D convencionales”.

Kotz-Helmer ve posibles aplicaciones para el innovador proceso de fabricación, por ejemplo, en componentes microópticos de sensores, cascos de realidad virtual y microscopios modernos:

“La capacidad de fabricar tales componentes a alta velocidad y con gran libertad geométrica permitirá nuevas funciones y productos más rentables en el futuro“.

Los canales de microfluidos también son necesarios para los llamados sistemas de laboratorio en un chip para investigación y diagnóstico médico.

Hasta ahora, la mayoría de estos han sido hechos de plástico, pero a menudo no pueden soportar altas temperaturas y productos químicos agresivos.

Gracias a la nueva tecnología de proceso, ahora se pueden fabricar sistemas de canales complejos en vidrio, dice Kotz-Helmer:

“Gracias a la estabilidad térmica y química del vidrio, se están abriendo muchos nuevos campos de aplicación, especialmente en el área de la química en- síntesis de un chip“.

Fuente: Science

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