#Startup3D: HETEROMERGE e la stampa 3D multimateriale su microscala

Sebbene la produzione additiva sia uno strumento di produzione sempre più democratizzato, esistono ancora alcune limitazioni. L’industria sta sperimentando una crescente necessità di precisione nei pezzi finali. Ciò è particolarmente importante per i modelli in micro e nano scala. Per questo motivo, sono sempre più numerose le soluzioni di microstampa 3D che rispondono a queste esigenze. Una delle aziende che sta sviluppando questo metodo di produzione è la tedesca HETEROMERGE. Abbiamo parlato con il suo fondatore e CEO per saperne di più sulla sua tecnologia e sulla stampa 3D multimateriale su scala microscopica.

3DN: Può presentarsi e parlarci del suo legame con la stampa 3D?

Robert Kirchner

Sono Robert Kirchner, cofondatore e CEO di HETEROMERGE GmbH, con sede a Dresda (Germania). Ho una formazione in ingegneria elettrica e nel 2011 ho completato un dottorato di ricerca sulla produzione di microsistemi polimerici. Durante il dottorato, e soprattutto in seguito nelle mie posizioni professionali, come presso l’Istituto Fraunhofer per i microsistemi fotonici (IPMS) o l’Istituto Paul Scherrer, ho svolto un’intensa attività di ricerca nei settori della litografia a nanoimprint, della litografia in scala di grigi e della stampa 3D utilizzando la scrittura laser basata sull’assorbimento a 2 fotoni.

Il cuore di questa ricerca è sempre stato la fabbricazione di strutture funzionali molto piccole. Abbiamo creato strutture originali avanzate e sfruttato le tecniche di replica dei polimeri per produrle in grandi quantità. Un esempio recente è la fabbricazione di strutture a guida d’onda per gli attuali occhiali a realtà aumentata. Grazie alla stampa 3D a 2 fotoni, nel 2013 siamo stati in grado di produrre per la prima volta strutture a forma libera estremamente piccole, ma allo stesso tempo molto precise. Le possibilità di forma andavano ben oltre quanto eravamo in grado di fare fino ad allora. Ciò che è iniziato con i primi esperimenti di stampa non mi ha mai abbandonato.

3DN: Cos’è HETEROMERGE e come è nata l’idea dell’azienda?

Fin dal mio dottorato di ricerca, mi sono appassionato alla produzione 3D funzionale. Questo mi ha portato alla produzione additiva utilizzando la nostra testa di stampa multimateriale per la stampa laser a 2 fotoni. Nell’ambito della ricerca del mio gruppo presso la Technische Universität Dresden, siamo arrivati al punto di voler stampare microstrutture composite multi-materiale. Il motivo è semplice: materiali diversi hanno proprietà fisiche diverse. Costruendo strutture con più materiali è possibile conferire loro una funzionalità superiore a quella di un singolo materiale. Tra i tanti campi di applicazione, crediamo che questo possa essere un importante contributo al modo in cui produrremo sistemi elettronici e ottici in futuro. Tuttavia, poiché le stampanti laser a 2 fotoni potevano lavorare solo un materiale alla volta, abbiamo dovuto affrontare un problema di riallineamento quando si cambiava materiale di stampa. Il vantaggio della microstampa 3D a 2 fotoni ad alta precisione viene praticamente perso in quel momento, perché è necessario utilizzare una routine di cambio di materiali non ottimale. Inoltre, il cambio di materiale richiede molto tempo se non è automatizzato. Abbiamo quindi trovato una soluzione a questo problema: la nostra testa di stampa multimateriale che consente un perfetto riallineamento dopo un rapido cambio automatico del materiale. Abbiamo fondato HETEROMERGE per commercializzare la tecnologia della nostra testa di stampa.

Microneedles stampati in 3D con tecnologia brevettata (Crediti: HETEROMERGE)

3DN: Può dirci qualcosa di più sulle soluzioni di microstampa 3D multimateriale?

Innanzitutto, la nostra tecnologia brevettata della testina di stampa consente lo scambio automatico di materiale in situ. Questo risolve completamente il problema del riallineamento laterale dopo lo scambio di materiale nelle stampanti laser a 2 fotoni. Non c’è più disallineamento tra regioni di materiali diversi, il che è fondamentale, ad esempio, per le micro-ottica di alta qualità. Inoltre, con la nostra soluzione, il processo di scambio è molto più veloce e conveniente rispetto al passato. Un altro grande vantaggio è la possibilità di stampare in modo completamente indipendente dal substrato di stampa. Ciò significa che è possibile stampare su substrati passivi come vetro o silicio, ma anche direttamente su componenti attivi come LED o laser. Poiché abbiamo optato per una soluzione fluidica aperta, la nostra testina di stampa è indipendente dal substrato e non impone alcun limite alla superficie di stampa. In linea di principio, possiamo stampare a livello di modulo o persino di wafer per ottenere un livello di integrazione profondo per la produzione.

3DN: Quali vantaggi offre questa tecnologia e per quali applicazioni è adatta?

Chiunque stampi oggi con un sistema di stampa laser a 2 fotoni, o con le prossime generazioni di tecniche analoghe, potrà in futuro implementare ulteriori funzionalità nelle proprie microstrutture con la nostra testa di stampa. In questo senso, siamo in qualche modo agnostici rispetto alla tecnologia. La microstampa 3D funzionale, come la chiamiamo noi, ispirerà innanzitutto i ricercatori e gli sviluppatori che, insieme a noi, porteranno avanti questa nuova tecnologia. I campi di applicazione ipotizzabili sono molti. Se guardiamo alle tendenze attuali nell’uso commerciale della scrittura laser a 2 fotoni, vediamo i vantaggi per le strutture multimateriali, soprattutto nei campi della micro-ottica, della fotonica, del packaging fotonico, dei dispositivi medici e dell’ingegneria dei tessuti. Per fare un esempio: si potrebbero stampare minuscole pile di lenti le cui singole lenti sono fatte di materiali diversi. In questo modo, la micro-ottica può raggiungere una qualità d’immagine superiore a quella attuale. Siamo convinti che la nostra tecnologia della testa di stampa aiuterà la scrittura laser a 2 fotoni a trovare più applicazioni commerciali nei settori sopra citati, ma anche oltre.

Abbiamo sviluppato la tecnologia della testina di stampa nel sistema Nanoscribe Photonic Professional GT2 e ottimizzato il nostro componente aggiuntivo. In futuro, potremo anche sviluppare ulteriormente il plug-in in modo da poterlo utilizzare su altri sistemi di stampa commerciali e su sistemi di litografia a 2 fotoni costruiti internamente.

Crediti: HETEROMERGE

3DN: Dove vede HETEROMERGE e la produzione additiva nei prossimi 10 anni?

In generale, la stampa 3D si è già affermata in molti settori della produzione industriale di strutture più grandi. La stampa laser a 2 fotoni come soluzione per la microproduzione additiva sta raggiungendo la stessa maturità. La consideriamo un valido contributo a quelle che nella produzione elettronica vengono definite applicazioni a basso volume e ad alto mix, in cui la stampa 3D può fornire una produzione molto flessibile.

Nel caso di HETEROMERGE o delle microstrutture funzionali in generale, vediamo che la produzione additiva sarà utilizzata per prima nel campo degli elementi e dei componenti micro-ottici di alta qualità. Ci aspettiamo di vedere sistemi di imaging medico minimamente invasivi realizzati con micro-ottica prodotta in modo additivo. Vogliamo creare occhiali per la realtà aumentata che non si distinguano più dai normali occhiali grazie ai loro potenti e piccoli componenti ottici. Aiuteremo a elaborare le informazioni nei centri dati in modo più efficiente grazie a fibre ottiche accoppiate ai chip senza perdite tramite micro-ottica funzionale stampata. Potremmo anche vedere i primi chip ottici, ai quali apporteremo strutture funzionali. Tuttavia, siamo anche convinti che oggi non possiamo nemmeno immaginare molte applicazioni. Nuovi mercati emergeranno quando verranno riconosciute le possibilità della microstampa 3D funzionale. Siamo solo all’inizio del nostro viaggio.

3DN: Qualche ultima parola per i lettori?

Innanzitutto, vorrei ringraziarvi per avermi permesso di presentare brevemente HETEROMERGE. Siamo lieti di poter raggiungere i lettori che lavorano con sistemi di scrittura laser a 2 fotoni e che desiderano stampare strutture multimateriali. Chiunque non disponga di un proprio sistema di stampa ma abbia una potenziale applicazione per microstrutture 3D funzionali è invitato a contattarci. Siamo sempre alla ricerca di applicazioni stimolanti per la nostra tecnologia. Ulteriori informazioni sull’azienda sono disponibili: QUI.

Pila di microlenti multimateriale (Crediti: HETEROMERGE)

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*Tutti i crediti fotografici: HETEROMERGE