26 de julio de 2023 (Noticias de Nanowerk) Durante la última década, las tecnologías de impresión 3D han experimentado desarrollos y cambios sin precedentes. Ahora permiten fabricar rápidamente ya un costo muy competitivo objetos tridimensionales complejos. Hace que las impresoras 3D sean especialmente atractivas y pertinentes para varios campos, incluida la industria aeroespacial o los dispositivos médicos. Hasta hace poco, el paradigma de la impresión 3D basada en la luz o la fabricación aditiva (FA) se basaba principalmente en el uso de una cuba de resina de fotopolímero líquido. Un haz de luz ultravioleta (UV) cura la resina una capa a la vez, mientras que una plataforma mueve el objeto hacia abajo después de endurecer cada nueva capa. La luz ultravioleta se escanea en forma de trama para solidificar la resina punto por punto o se proyecta sobre la resina curando toda la capa a la vez. Debido a la naturaleza capa por capa del proceso de impresión, estas técnicas AM basadas en luz tienen importantes restricciones geométricas y limitaciones de rendimiento. En un nuevo artículo publicado en Ligero: Fabricación avanzada (“Fabricación aditiva helicoidal volumétrica”), un equipo de científicos dirigido por el profesor Christophe Moser de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne ha desarrollado una nueva técnica para mejorar la calidad de los elementos impresos en 3D sin aumentar los patrones proyectados.
Aumentar el número de vóxeles impresos generados desde el mismo DMD. a Fabricación aditiva volumétrica tomográfica convencional. b Fabricación aditiva helicoidal volumétrica tomográfica. Barras de escala: 10 mm. Los últimos años han visto el surgimiento de varias tecnologías de fabricación aditiva totalmente volumétrica (VAM) que se alejan del enfoque capa por capa. La fotopolimerización de dos fotones representa el estado del arte de la impresión volumétrica con luz. Permite la fabricación de objetos a microescala con una resolución lateral de 100 nm y una resolución axial de 300 nm. Sin embargo, este proceso es lento, con una velocidad de impresión de solo 1 a 20 mm.3/h y requiere costosas fuentes de láser de femtosegundos. En última instancia, la resolución óptica de la impresora dicta el tamaño de vóxel impreso alcanzable. En DLP y VAM tomográfico, la resolución óptica está determinada en el mejor de los casos por las características del modulador utilizado para modelar la luz, es decir, el DMD. El equipo de investigación utilizó un chip DLP7000 de Texas Instruments que tiene en su superficie Nx × nortey = 768 × 1024 microespejos dispuestos en una matriz rectangular capaz de mostrar imágenes de 8 bits. La imagen DMD se amplía por un factor de 1.66 en el sistema óptico del equipo. El patrón resultante en el vial es de 1.74 cm × 2.33 cm con una resolución de 23 µm. La única forma de aumentar el tamaño de los objetos impresos sin comprometer la resolución es mover el DMD para el vial o viceversa. El equipo propuso mover la muestra alrededor del haz de luz con una trayectoria helicoidal. Demostraron que el tamaño imprimible lateral se podía duplicar sin comprometer la resolución descentrando el eje óptico con respecto al eje de rotación del tanque de fotoresina. Juntos, estos dos trucos aumentan la cantidad de bloques de construcción dentro del vial en un factor de hasta 12. Los vóxeles impresos disponibles se utilizan para imprimir objetos más grandes de hasta 3 cm × 3 cm × 5 cm en unos pocos minutos. El equipo de investigación ha combinado una etapa de traslación rotatoria y lineal para configurar el vial de vidrio que contiene la fotoprotección en un movimiento helicoidal. Los investigadores señalaron que no toda la resina no se ilumina a la vez como en el VAM tomográfico convencional. En VHAM, toda la resina se excita por completo solo después de un ciclo completo. Hay algunas regiones superpuestas entre los patrones para que después de un giro coincidan sus partes inferior y superior. El tamaño de la superposición se afina ajustando la velocidad de rotación del vial al movimiento vertical de la etapa de traducción, lo que es esencial para garantizar la continuidad de los objetos impresos. El equipo ha presentado una prueba de concepto de una nueva técnica basada en la luz para la impresión volumétrica de objetos a escala de varios centímetros. Se basa en el VAM tomográfico para aumentar significativamente el número de vóxeles imprimibles mientras se mantiene el mismo dispositivo de modulación de luz para la proyección y sin comprometer demasiado la resolución de impresión. Esto se logró descentrando el modulador de luz y traduciendo continuamente la resina verticalmente a lo largo del haz de luz estampado. Estas sencillas modificaciones se pueden realizar fácilmente en las impresoras tomográficas existentes y abren nuevas posibilidades para la fabricación de alta resolución y alta velocidad de objetos cuyo tamaño es de hasta 3 cm × 3 cm × 6 cm. Por lo tanto, el VAM de tomografía helicoidal podría ser atractivo para aplicaciones en campos en los que los objetos de escala cm deben fabricarse individualmente, como en la industria dental, aunque la resolución debe mejorarse para cumplir con los requisitos actuales de la industria.
Aumentar el número de vóxeles impresos generados desde el mismo DMD. a Fabricación aditiva volumétrica tomográfica convencional. b Fabricación aditiva helicoidal volumétrica tomográfica. Barras de escala: 10 mm. Los últimos años han visto el surgimiento de varias tecnologías de fabricación aditiva totalmente volumétrica (VAM) que se alejan del enfoque capa por capa. La fotopolimerización de dos fotones representa el estado del arte de la impresión volumétrica con luz. Permite la fabricación de objetos a microescala con una resolución lateral de 100 nm y una resolución axial de 300 nm. Sin embargo, este proceso es lento, con una velocidad de impresión de solo 1 a 20 mm.3/h y requiere costosas fuentes de láser de femtosegundos. En última instancia, la resolución óptica de la impresora dicta el tamaño de vóxel impreso alcanzable. En DLP y VAM tomográfico, la resolución óptica está determinada en el mejor de los casos por las características del modulador utilizado para modelar la luz, es decir, el DMD. El equipo de investigación utilizó un chip DLP7000 de Texas Instruments que tiene en su superficie Nx × nortey = 768 × 1024 microespejos dispuestos en una matriz rectangular capaz de mostrar imágenes de 8 bits. La imagen DMD se amplía por un factor de 1.66 en el sistema óptico del equipo. El patrón resultante en el vial es de 1.74 cm × 2.33 cm con una resolución de 23 µm. La única forma de aumentar el tamaño de los objetos impresos sin comprometer la resolución es mover el DMD para el vial o viceversa. El equipo propuso mover la muestra alrededor del haz de luz con una trayectoria helicoidal. Demostraron que el tamaño imprimible lateral se podía duplicar sin comprometer la resolución descentrando el eje óptico con respecto al eje de rotación del tanque de fotoresina. Juntos, estos dos trucos aumentan la cantidad de bloques de construcción dentro del vial en un factor de hasta 12. Los vóxeles impresos disponibles se utilizan para imprimir objetos más grandes de hasta 3 cm × 3 cm × 5 cm en unos pocos minutos. El equipo de investigación ha combinado una etapa de traslación rotatoria y lineal para configurar el vial de vidrio que contiene la fotoprotección en un movimiento helicoidal. Los investigadores señalaron que no toda la resina no se ilumina a la vez como en el VAM tomográfico convencional. En VHAM, toda la resina se excita por completo solo después de un ciclo completo. Hay algunas regiones superpuestas entre los patrones para que después de un giro coincidan sus partes inferior y superior. El tamaño de la superposición se afina ajustando la velocidad de rotación del vial al movimiento vertical de la etapa de traducción, lo que es esencial para garantizar la continuidad de los objetos impresos. El equipo ha presentado una prueba de concepto de una nueva técnica basada en la luz para la impresión volumétrica de objetos a escala de varios centímetros. Se basa en el VAM tomográfico para aumentar significativamente el número de vóxeles imprimibles mientras se mantiene el mismo dispositivo de modulación de luz para la proyección y sin comprometer demasiado la resolución de impresión. Esto se logró descentrando el modulador de luz y traduciendo continuamente la resina verticalmente a lo largo del haz de luz estampado. Estas sencillas modificaciones se pueden realizar fácilmente en las impresoras tomográficas existentes y abren nuevas posibilidades para la fabricación de alta resolución y alta velocidad de objetos cuyo tamaño es de hasta 3 cm × 3 cm × 6 cm. Por lo tanto, el VAM de tomografía helicoidal podría ser atractivo para aplicaciones en campos en los que los objetos de escala cm deben fabricarse individualmente, como en la industria dental, aunque la resolución debe mejorarse para cumplir con los requisitos actuales de la industria.
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- Fuente: https://www.nanowerk.com/news2/gadget/newsid=63405.php
