Nanoimpresión en 3D de un Fórmula 1

Actualmente están de moda las impresoras en 3D. Con ellas es posible fabricar todo tipo de cosas como aviones teledirigidos o incluso instrumentos musicales. Sin embargo es más complicado imprimir a escala más pequeña para poder fabricar dispositivos nanométricos, usando nanoimpresión. Ese nano- que aparece como prefijo no es más que una forma de indicar que se está trabajando a escalas del orden de la millonésima parte del milímetro (o 10^-9 metros).

En la Universidad Tecnológica de Viena un grupo de investigadores ha creado un nuevo sistema de nanoimpresión con el que pueden crear pequeños diseños en apenas un par de minutos. La técnica utilizada la han bautizado como “litografía de dos fotones“.

De forma cualitativa esta técnica es muy sencilla de entender. La muestra se hace crecer al hacer incidir con precisión nanométrica un láser sobre una resina líquida. Ésta se solidifica gracias a una serie de reacciones químicas producidas por las moléculas fotoactivas presentes en la resina, que se activan al recibir el impacto de tan solo dos fotones al mismo tiempo. Si no ocurre esto la resina no sufre transformación alguna. Para lograr la precisión suficiente los investigadores crearon un sistema de espejos móviles con los que podían cambiar rápidamente dónde se enfocaba el láser. El dispositivo experimental lo tenéis en la imagen inferior.

Jan Torgersen (izquierda) y Peter Gruber (derecha) con la impresora 3D, en la Universidad Tecnológica de Viena

Gracias a este nuevo método de nanoimpresión estos investigadores han logrado reducir en varios órdenes de magnitud el tiempo necesario para crear un diseño de escala nanométrica, aunque el resultado final sea micrométrico (milésima de milímetro). En sus pruebas han logrado una impresionante velocidad de impresión de 5 metros por segundo, cuando el resto de técnicas ronda los milímetros por segundo para alcanzar una resolución tan alta.

De igual forma que en una impresora tradicional, debemos de crear en un ordenador aquello que queremos que imprima, y posteriormente pasarle esta información a la impresora. Aquí ocurre lo mismo. Se realiza un modelado mediante ordenador de las formas que se desean para el diseño y una vez terminado se mandan los datos a la impresora para que fabrique en tres dimensiones el objeto. Han probado esta técnica con tres modelos diferentes, todos ellos de un tamaño rondando las 300 micras (0,3 milímetros): un coche de Fórmula 1, una réplica del Tower Bridge de Londres, y una réplica de la Catedral de Viena. Los tenéis en las siguientes imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Haz click para ampliarlas.

Nanoimpresion en 3D de un coche de Fórmula 1, de unos 285 μm de longitud

Nanoimpresion en 3D del Tower Bridge de Londres, con unos 90 μm de distancia entre las torres

Nanoimpresion en 3D de la Catedral de Viena, de unos 350 μm de longitud

Para que os hagáis una idea de la velocidad de nanoimpresión que se ha logrado, el siguiente vídeo nos muestra cómo en poco más de 4 minutos han conseguido litografiar un coche de Fórmula 1 con todo lujo de detalles. Fijaos en la impresionante velocidad de movimiento del haz láser sobre el sustrato para dar lugar, apilando unas 100 capas de resina, al coche.

Si bien es cierto que las técnicas de nanoimpresión mediante litografía llevan presentes bastantes años, esta nueva técnica de “litografía de dos fotones” abre las puertas a una nanoimpresión mucho más rápida y precisa que posibilita la fabricación, de una forma relativamente sencilla, de dispositivos que podrían utilizarse en diferentes aplicaciones médicas (ya están investigando con resinas biocompatibles), tecnológicas, o de cualquier otro tipo.

Más información:

• Nota de prensa de la Universidad Tecnológica de Viena (en inglés)
• Imágenes de nanoimpresión de la Universidad Tecnológica de Viena (en alemán)
• Reseña en New Scientist (en inglés)