Hoje não somos surpreendidos pelas impressoras a laser compactas, embora no início da tecnologia e muitos anos depois de terem surgido no mercado, as impressoras a laser fossem surpreendentes em tamanho e peso. Uma situação semelhante ocorre com a impressão 3D a laser. Esses são dispositivos de modelagem aditiva de alta precisão, mas o tamanho dos dispositivos permanece relativamente grande – do tamanho de uma mala ou algo assim. A nova tecnologia alemã ajudará a reduzir essas impressoras aos tamanhos de caixas de sapatos.
À esquerda está a imagem de uma estrutura 3D impressa sob um microscópio eletrônico, à direita – sob um óptico. Fonte da imagem: Professor Rasmus Schröder, Universidade de Heidelberg, Vincent Hahn, KIT
A impressão a laser moderna como parte de uma impressora 3D é um sistema óptico complexo que, em modo pulsado com duração de femtossegundo, provoca processos químicos de polimerização do material no ponto focal. As grandes dimensões e o alto custo proibitivo de tais impressoras não permitem que se tornem um produto de uso generalizado. Isso pode ser alterado? Bastante, disseram os pesquisadores do cluster de perfis alemão 3D Matter Made to Order.
Cientistas da revista Nature Photonics publicaram um artigo no qual falaram sobre o design inovador de um cabeçote de impressora a laser para impressão 3D com precisão em nanoescala. Em uma impressora a laser 3D convencional, a polimerização de um líquido fotossensível ocorre quando dois fótons simultaneamente excitam uma molécula de líquido – essa é a chamada absorção de dois fótons. Para que ocorra uma reação de absorção de dois fótons (simultânea), o sistema de laser deve ser complexo, consistente e, portanto, pesado.
Cientistas alemães propuseram dividir a excitação de moléculas líquidas fotossensíveis em duas etapas e executá-las sucessivamente, o que reduzirá radicalmente a cabeça do laser e o design da impressora 3D. Em particular, pesquisadores do Karlsruhe Institute of Technology (KIT) e da University of Heidelberg propuseram a absorção de dois estágios que funciona com diodos laser azuis pequenos e baratos.
O primeiro fóton transfere a molécula para um estado intermediário. No segundo estágio, o segundo fóton transfere a molécula do estado intermediário para o estado excitado desejado e inicia uma reação química. A absorção de dois fótons não precisa acontecer simultaneamente, o que foi a chave para o rompimento.
«Diodos laser CW compactos e de baixa potência podem ser usados para esse processo ”, disse Vincent Hann, o primeiro autor do estudo no KIT Institute for Applied Physics (APH). “A potência do laser necessária é muito menor do que os ponteiros laser convencionais.”
No entanto, nem tudo é tão simples. Um avanço não teria sido possível sem o desenvolvimento de uma nova composição do líquido fotossensível. A nova composição do líquido foi desenvolvida por vários anos junto com químicos até que o resultado desejado fosse obtido.
«Na minha opinião, nos próximos anos, será possível criar um aparelho do tamanho de uma caixa de sapatos. Será ainda menor do que a impressora a laser em minha área de trabalho no KIT ”, disse outro autor, o professor Martin Wegener. “Assim, nanoprinters a laser 3D podem se tornar disponíveis para muitas populações. Os especialistas já estão falando sobre democratizar a tecnologia de impressão 3D a laser. “