I ricercatori hanno sviluppato un metodo di stampa 3D automatizzato in grado di produrre microstrutture 3D multicolori utilizzando materiali diversi. Il nuovo metodo potrebbe essere utilizzato per realizzare una varietà di componenti ottici, inclusi sensori ottici e attuatori azionati dalla luce, nonché strutture multimateriale per applicazioni come la robotica morbida e le applicazioni mediche.

"La combinazione di più tipi di materiali può essere utilizzata per creare una funzione che non può essere realizzata con un singolo materiale, " ha affermato il leader del gruppo di ricerca Shoji Maruo della Yokohama National University in Giappone. "Metodi come il nostro che consentono la fabbricazione in un unico passaggio di strutture multimateriali eliminano i processi di assemblaggio, consentendo la produzione di dispositivi ad alta precisione ea basso costo."

Nella rivista The Optical Society (OSA) Materiali ottici Express , Maruo e colleghi descrivono il loro nuovo metodo di stampa 3D e lo dimostrano creando varie strutture 3D multicolori. La loro tecnica si basa sulla stereolitografia, un metodo di stampa 3D ideale per realizzare microdispositivi perché utilizza un raggio laser ben focalizzato per creare caratteristiche intricate e dettagliate.

"La capacità di realizzare elementi ottici in microscala multimateriale utilizzando la stampa 3D potrebbe aiutare nella miniaturizzazione dei dispositivi ottici utilizzati per trattamenti medici e diagnosi, " ha detto Maruo. "Questo potrebbe migliorare la capacità di utilizzare questi dispositivi dentro o sul corpo, consentendo anche loro di essere usa e getta, che aiuterebbe a fornire una diagnosi medica avanzata e sicura".

Ottimizzazione della stereolitografia a colori

La stereolitografia crea una struttura 3D ad alta precisione utilizzando un laser per indurire i materiali attivati ​​dalla luce noti come resine fotopolimerizzabili, strato per strato. I microfluidici sono spesso usati per trattenere le resine liquide, ma è difficile evitare che le diverse resine si contaminino a vicenda quando si cambiano i materiali senza creare grandi quantità di rifiuti o formare bolle d'aria nell'oggetto stampato.

Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno sviluppato un modo per mantenere i vari materiali in uno stato di goccioline, che permette loro di essere più facilmente scambiati in uno spazio chiuso come un microcanale senza creare sprechi. Per sopprimere le bolle d'aria, la struttura stampata in 3D viene spostata all'interno della resina ogni volta che viene sostituita una resina. Hanno anche integrato un processo in due fasi per pulire la struttura stampata in 3D quando le resine vengono cambiate per prevenire completamente la contaminazione incrociata.

Per implementare questo approccio ottimizzato, i ricercatori hanno creato una tavolozza per contenere più resine e l'hanno posizionata, due vasche di pulizia e un ugello di soffiaggio su un palco motorizzato. "Tutti i processi, compresa la stampa 3D, sostituzione della resina, la rimozione e la pulizia delle bolle vengono eseguite in sequenza utilizzando un software da noi sviluppato, " ha detto Maruo. "Questo consente di creare automaticamente microstrutture 3D multicolori."

Creazione di strutture 3D multicolori

I ricercatori hanno testato l'approccio posizionando vari tipi di resine fotopolimerizzabili in una tavolozza e utilizzandole per creare microstrutture 3D. Per una di queste strutture dimostrative, un minuscolo cubo multicolore di appena 1,5 millimetri di diametro, il sistema di stampa 3D ha scambiato cinque colori di resina 250 volte durante un processo di fabbricazione di 6 ore. I ricercatori hanno anche dimostrato che la regolazione del numero di strati di resine multicolori ha permesso di regolare l'assorbanza di ogni parte della struttura, permettendo loro di creare microstrutture con colori come il nero combinando strati di rosso, blu, verde e giallo.

"Questo metodo può essere applicato non solo alle resine multicolori ma anche a una più ampia varietà di materiali, " disse Maruo. "Per esempio, la miscelazione di varie micro o nanoparticelle ceramiche con una resina fotopolimerizzabile può essere utilizzata per stampare in 3D vari tipi di vetro. Potrebbe anche essere utilizzato con materiali ceramici biocompatibili per creare impalcature per la rigenerazione di ossa e denti".

I ricercatori stanno ora lavorando per ridurre il tempo necessario per processi come la sostituzione della resina e la rimozione delle bolle per consentire una fabbricazione ancora più rapida. Prevedono inoltre di utilizzare la tecnologia che hanno dimostrato in precedenza per costruire un sistema di fabbricazione multiscala in cui la risoluzione di fabbricazione può essere modificata da meno di un micrometro a diverse decine di micrometri modificando la lente di messa a fuoco e le condizioni di esposizione al laser.