L'objectif est d'utiliser la combimachine pour produire des microtubes ramifiés ainsi que des systèmes microfluidiques complets. Crédit :Fraunhofer ILT, Aix-la-Chapelle, Allemagne
Qu'ils soient rapides ou précis, les deux ne peuvent pas être atteints dans la production des structures polymères les plus fines avec le laser. Ou peut-être le peuvent-ils ? La combinaison de la stéréolithographie et de la polymérisation multiphotonique devrait permettre :des scientifiques de l'Institut Fraunhofer de technologie laser ILT développent une machine de haute précision, technologies de construction 3-D rentables utilisant les deux méthodes. Le 1er novembre 2018, Fraunhofer ILT et ses partenaires du projet ont lancé le projet "Haute productivité et détail dans la fabrication additive grâce à la combinaison de la polymérisation UV et de la polymérisation multiphotonique - HoPro-3-D", qui est financé par l'Union européenne et l'État de Rhénanie du Nord-Westphalie.
En collaboration avec LightFab GmbH d'Aix-la-Chapelle, Bartels Mikrotechnik GmbH de Dortmund et Miltenyi Biotec GmbH de Bergisch Gladbach, Les experts de l'ILT Fraunhofer développent une nouvelle machine pour produire des structures polymères macroscopiques avec une résolution allant jusqu'à l'échelle submicrométrique. Jusque là, différents procédés distincts ont été disponibles à cet effet :polymérisation UV à base de lasers, tel que, par exemple, stéréolithographie (SLA) ou matrices de micromiroirs (DLP), et la polymérisation multiphotonique (MPP) à l'échelle microscopique.
Dans le processus SLA, un laser UV écrit une structure bidimensionnelle dans un bain de résine, provoquant la polymérisation du matériau photosensible. Le composant est abaissé étape par étape et une structure 3-D est construite en couches. Pour la plupart, le taux d'accumulation est bien supérieur à 1 mm³ par seconde. Les imprimantes 3D les plus récentes utilisent des moteurs de lumière UV LED et une puce DLP (Digital Light Processor) au lieu du scanner. Cela permet de paralléliser l'exposition, augmentant ainsi le taux de construction. Les deux méthodes atteignent une résolution maximale supérieure à 10 m.
La polymérisation multiphotonique convient à la construction de structures encore plus fines. Dans ce processus, l'énergie photonique nécessaire est générée par des impulsions laser intenses avec des longueurs d'onde dans le domaine visible ou infrarouge, avec plusieurs photons de basse énergie s'ajoutant pratiquement à un photon UV. L'avantage est la précision extrêmement élevée jusqu'à 100 nm dans les trois directions spatiales; cependant, le taux de construction n'est ici que d'environ 10 m³ par seconde.
La force du processus combiné est évidente lorsque de petites pièces de précision et des corps solides se rencontrent. Crédit :Fraunhofer ILT, Aix-la-Chapelle, Allemagne
Gain de temps avec deux systèmes dans une seule machine
Les partenaires du projet combinent maintenant le processus basé sur DLP avec le processus MPP et développent une machine avec deux systèmes d'exposition sélectionnables pour des taux de fabrication élevés ou une haute précision. Ils utilisent des LED hautes performances émettant à une longueur d'onde de 365 nm et une puce DLP avec une résolution HD pour la lithographie. Le module MPP utilise un laser femtoseconde avec un scanner rapide et une optique de microscope.
« L'avantage réside dans l'interaction entre les deux procédures :Selon le besoin, nous avons l'intention de basculer entre les systèmes d'exposition dans le processus, " explique le Dr Martin Wehner, Chef de projet HoPro-3-D chez Fraunhofer ILT. "Le défi auquel nous sommes confrontés est dans la maîtrise des processus. Le concept a été développé, actuellement une machine appropriée est en cours de construction."
En outre, un logiciel de contrôle est en cours de développement, qui décidera de manière indépendante - sur la base des données CAO - quand un changement entre les deux sources a un sens. L'essentiel est que cette transition fonctionne en douceur et que les structures peuvent être construites dans une cuve en résine sans avoir à changer la résine photo. L'équipe du projet examine différents matériaux et optimise en détail la combinaison de processus.
Structure fine (environ 400 x 400 μm) réalisée avec la nouvelle combinaison de procédés et fixée sur une base solide (voir Image 2). Crédit :Fraunhofer ILT, Aix-la-Chapelle, Allemagne
Applications non seulement en biomédecine
De nombreux composants ont un corps qui peut être assemblé rapidement, mais aussi certaines structures qui nécessitent une grande précision. La combinaison de procédés permet, par exemple, des éléments de fonction optique tels que des lentilles ou des prismes à intégrer directement dans un composant plus grand avec une grande précision. Grâce à cette approche, une optique de collimation complète pour la lecture d'informations optiques dans la technologie d'analyse peut éventuellement être construite.
Les domaines d'application sont multiples, mais cette machine devrait s'avérer très intéressante pour la production de composants utilisés en technologie d'analyse biomédicale. Échafaudages de support pour modèles de tissus 3D, des composants micromécaniques ou des systèmes microfluidiques complets sont des exemples d'application typiques pour cela.
