#Startup3D: HETEROMERGE y la impresión 3D multimaterial a microescala

Aunque la fabricación aditiva es una herramienta de producción cada vez más democratizada, aún podemos encontrar algunas limitaciones. La industria está experimentando una creciente necesidad de precisión en las piezas finales. Esto es especialmente importante en los modelos a escala micro y nanométrica. Por esta razón, estamos observando cada vez más soluciones de microimpresión 3D que den respuesta a estas necesidades. Una de las empresas que desarrolla este método de fabricación es la alemana HETEROMERGE. Hablamos con su fundador y CEO para saber más acerca de su tecnología y la impresión 3D multimaterial a escala microscópica.

3DN: ¿Podrías presentarte y hablarnos de tu relación con la impresión 3D?

Robert Kirchner

Soy Robert Kirchner, cofundador y CEO de HETEROMERGE GmbH, con sede en Dresde (Alemania). Tengo formación en ingeniería eléctrica y en 2011 terminé un doctorado en fabricación de microsistemas poliméricos. Durante mi doctorado, y especialmente después en mis puestos profesionales, como en el Instituto Fraunhofer de Microsistemas Fotónicos (IPMS) o el Instituto Paul Scherrer, hice una intensa investigación en los campos de la litografía de nanoimpresión, la litografía en escala de grises y la impresión 3D utilizando la escritura láser basada en la absorción de 2 fotones.

El núcleo de esta investigación ha sido siempre la fabricación de estructuras muy pequeñas y funcionales. Hemos creado estructuras originales avanzadas y explotado técnicas de replicación de polímeros para poder producirlas en grandes cantidades. Un ejemplo reciente es la fabricación de estructuras de guía de ondas para las actuales gafas de realidad aumentada. Gracias a la impresión 3D de 2 fotones, en 2013 pudimos producir por primera vez estructuras de forma libre extremadamente pequeñas, pero al mismo tiempo muy precisas. Las posibilidades de forma iban mucho más allá de lo que podíamos hacer hasta entonces. Lo que empezó con los primeros experimentos de impresión nunca me ha abandonado.

3DN: ¿Qué es HETEROMERGE y cómo surgió la idea de crear la empresa?

Desde mi doctorado, me apasiona la fabricación 3D funcional. Eso me llevó a la fabricación aditiva utilizando nuestro cabezal de impresión multimaterial para la impresión láser de 2 fotones a partir de hoy. Como parte de la investigación de mi grupo en la Technische Universität Dresden, llegamos al punto de querer imprimir microestructuras compuestas de múltiples materiales. La razón es sencilla: los distintos materiales tienen propiedades físicas diferentes. Construir estructuras a partir de múltiples materiales permite darles una funcionalidad superior a la de uno solo. Entre otros muchos campos de aplicación, creemos que ésta puede ser una contribución importante a la forma de fabricar sistemas electrónicos y ópticos en el futuro. Sin embargo, como las impresoras láser de 2 fotones sólo podían procesar un material a la vez, nos enfrentábamos a un problema de realineación al cambiar de material de impresión. La ventaja de la microimpresión 3D de 2 fotones de alta precisión se pierde prácticamente en ese momento porque hay que utilizar una rutina de intercambio de material que no es óptima. Además, el cambio de material requiere mucho tiempo si no está automatizado. Hemos desarrollado una solución a este problema: nuestro cabezal de impresión multimaterial. Permite una realineación perfecta tras un rápido cambio de material automatizado. Hemos fundado HETEROMERGE para comercializar nuestra tecnología de cabezales de impresión.

Microagujas impresas en 3D con la tecnología patentada. (Créditos: HETEROMERGE)

3DN: ¿Puedes contarnos más sobre las soluciones de microimpresión 3D multimaterial?

En primer lugar, nuestra tecnología patentada de cabezales de impresión permite el intercambio automatizado de material in situ. Esto resuelve completamente el problema de la realineación lateral tras el intercambio de material en las impresoras láser de 2 fotones. Con nosotros, ya no hay desalineación entre las regiones de diferentes materiales. Esto es crucial para la microóptica de alta calidad, por ejemplo. Además, con nuestra solución, el proceso de intercambio es mucho más rápido y cómodo que antes. Otra gran ventaja es que es posible imprimir con total independencia del sustrato de impresión. Es decir, se puede imprimir sobre sustratos pasivos como el vidrio o el silicio, así como directamente sobre componentes activos como LED o láser. Dado que apostamos por una solución fluídica abierta, nuestro cabezal de impresión es independiente del sustrato y no impone límites a la superficie de impresión. En principio, podemos imprimir a nivel de módulo o incluso a nivel de oblea para alcanzar un nivel de integración profundo para la fabricación.

3DN: ¿Qué ventajas ofrece esta tecnología? ¿Para qué aplicaciones es adecuada?

Cualquiera que imprima con un sistema de impresión láser de 2 fotones en la actualidad, o con las próximas generaciones de técnicas comparables, podrá implementar más funcionalidades en sus microestructuras en el futuro con nuestro cabezal de impresión. En este sentido, hasta cierto punto somos agnósticos en cuanto a la tecnología. La microimpresión 3D funcional, como la llamamos, inspirará en primer lugar a los investigadores y desarrolladores que impulsen junto con nosotros esta nueva tecnología. Son muchos los campos de aplicación imaginables. Si observamos las tendencias actuales en cuanto al uso comercial de la escritura láser de 2 fotones, vemos ventajas para las estructuras multimateriales, especialmente en los campos de la microóptica, la fotónica, el envasado fotónico, los dispositivos médicos y la ingeniería de tejidos. Por poner un ejemplo: Se podrían imprimir pilas de lentes diminutas cuyas lentes individuales estén hechas de materiales diferentes. De este modo, la microóptica puede alcanzar una calidad de imagen superior a la actual. Estamos convencidos de que nuestra tecnología de cabezal de impresión contribuirá a que la escritura por láser de 2 fotones encuentre más aplicaciones comerciales en los ámbitos mencionados, pero también más allá.

Hemos desarrollado la tecnología del cabezal de impresión en el sistema Photonic Professional GT2 de Nanoscribe y hemos optimizado nuestro complemento para él. En el futuro, también podemos seguir desarrollando el complemento para que pueda utilizarse en otros sistemas de impresión comerciales y en sistemas de litografía de 2 fotones de construcción propia.

Créditos: HETEROMERGE

3DN: ¿Dónde ves la fabricación aditiva en los próximos 10 años? ¿Y HETEROMERGE?

En general, la impresión 3D ya se ha establecido firmemente en muchas áreas dentro de la producción industrial de estructuras de mayor tamaño. La impresión láser de 2 fotones como solución para la fabricación de microaditivos está alcanzando la misma madurez. Consideramos que se trata de una valiosa contribución a lo que se denomina en la fabricación electrónica aplicaciones de bajo volumen y alta mezcla en las que la impresión 3D puede proporcionar una fabricación muy flexible.

En el caso de HETEROMERGE o de las microestructuras funcionales en general, vemos que la fabricación aditiva se utilizará primero en el campo de los elementos y componentes microópticos de alta calidad. Esperamos ver sistemas de imagen médica mínimamente invasivos realizados con microópticos de fabricación aditiva. Queremos hacer posible unas gafas de realidad aumentada que ya no puedan distinguirse de las gafas normales gracias a sus potentes y pequeños componentes ópticos. Ayudaremos a que la información se procese en los centros de datos de forma más eficiente mediante fibras ópticas que se acoplen a los chips sin pérdidas a través de microópticas funcionales impresas. También es posible que veamos los primeros chips ópticos, a los que aportaremos estructuras funcionales. Sin embargo, también estamos convencidos de que hoy no podemos ni imaginar muchas aplicaciones. Surgirán nuevos mercados cuando se reconozcan las posibilidades de la microimpresión 3D funcional. Sólo estamos al principio de nuestro viaje.

3DN: ¿Algunas últimas palabras para los lectores?

En primer lugar, me gustaría agradeceros el permitirme presentar brevemente a HETEROMERGE. Estamos encantados de poder llegar a los lectores que trabajen con sistemas de escritura láser de 2 fotones y que deseen imprimir estructuras con múltiples materiales. Cualquiera que no disponga de su propio sistema de impresión pero tenga una posible aplicación para microestructuras 3D funcionales es bienvenido a ponerse en contacto con nosotros. Siempre estamos buscando aplicaciones que supongan un reto para nuestra tecnología. Puedes encontrar más información acerca de la empresa, aquí.

Pila de microlentes multimaterial. (Créditos: HETEROMERGE)

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*Créditos de todas las fotos: HETEROMERGE