A empresa austríaca de microfabricação UpNano GmbH e a especialista alemã em fabricação de vidro Glassomer GmbH desenvolveram em conjunto um material e um processo de impressão 3D capaz de produzir pequenas peças de alta resolução a partir de vidro de sílica fundida (SiO₂). A abordagem inovadora adapta o profundo conhecimento da Glassomer sobre fabricação de vidro para a solução NanoOne da UpNano com base na impressão 3D de polimerização de dois fótons (2PP).
A impressão 3D de vidro, e particularmente de vidro de sílica fundida, apresentou desafios devido ao ponto de fusão muito alto do material (na faixa de 1700 °C). Até o momento, o processamento aditivo deste material tem sido amplamente limitado a sistemas não comerciais que não são capazes de produzir superfícies de alta resolução ou alta qualidade. Isso até agora. A UpNano e a Glassomer se uniram para projetar um processo de impressão 3D baseado em 2PP capaz de produzir peças de sílica fundida em pequena escala (milímetros a centímetros) com acabamentos de superfície suaves e recursos na escala micrométrica.
O processo em si é baseado em três etapas. Markus Lunzer, líder da equipe de Materiais e Aplicação da UpNano, explica: “A primeira etapa é projetar e imprimir a estrutura desejada usando todas as vantagens que a impressão 3D 2PP oferece. A segunda etapa é remover o material ligante orgânico seguido por um processo de sinterização de alta temperatura, a terceira etapa no cerne disso é um nanocompósito recém-desenvolvido, UpQuartz.”
UpQuartz é um material nanocompósito que é feito de nanopartículas de SiO 2 suspensas em uma matriz de polímero especial que permite o processo 2PP. A resina composta passa por fotopolimerização camada por camada na impressora 3D, resultando em uma parte verde que deve passar por sinterização. Neste caso, a matriz de polímero pode ser removida sinterizando a parte verde a 600 °C. A partir daí, as partículas de vidro de sílica devem ser fundidas para resultar em uma parte final densa. Esta etapa requer sinterização em temperaturas na faixa de 1.300 °C. Da parte verde ao componente de vidro de sílica fundido acabado, há uma contração isotrópica de cerca de 30%, que pode ser contabilizada nas etapas de design.
A capacidade de produzir peças de vidro de sílica fundida de alta resolução pode abrir aplicações nas esferas médica, de pesquisa, engenharia e química, entre outras. O material em si oferece excelentes propriedades ópticas, resistência à temperatura, resistência química e biocompatibilidade, enquanto a impressão 3D 2PP da UpNano adiciona a capacidade de produzir estruturas impressas em 3D complexas com recursos na escala micrométrica. “Este processo de produção inovador que desenvolvemos é ideal para peças de vidro impressas em 3D maiores que exigem alta resolução e alta precisão”, acrescentou Lunzer.
A Glassomer tem se envolvido na exploração e adaptação de outros métodos de produção para vidro de sílica fundida, incluindo litografia suave, moldagem por injeção e outros tipos de impressão 3D. Notavelmente, em 2023, a Glassomer e a Lithoz desenvolveram e lançaram o LithaGlass, uma pasta composta à base de quartzo para a tecnologia AM cerâmica baseada em litografia da Lithoz com propriedades semelhantes ao vidro de sílica fundida. Agora, com o material UpQuartz desenvolvido em conjunto, o 2PP é uma opção de produção viável para vidro de sílica fundida que oferece vantagens como alta resolução e alta precisão.
A UpNano, que viu um crescimento significativo na adoção de sua série NanoOne 2PP ( 2023 viu um aumento de 57% nas vendas de impressoras 3D em relação ao ano anterior ), experimentou uma série de marcos técnicos recentemente, incluindo a impressão bem-sucedida de microestruturas de tungstênio e platina com resolução sub-μm e chips microfluídicos incorporados holísticos. “A velocidade, resolução e versatilidade de nossas impressoras as tornam ferramentas poderosas para a produção em massa de peças altamente precisas”, concluiu o CEO da UpNano, Bernhard Küenburg. “Nossa gama de materiais em constante expansão amplia a gama de aplicações. No devido tempo, também expandiremos a gama de serviços que oferecemos”. Para saber mais sobre o material acesse o site.
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