Drukarka NanoOne stworzona dla najmniejszych szczegółów
UpNanoChoć starożytne greckie słowo „nano" oznacza „karzeł", w świecie nanotechnologii nawet karzeł urosłby do rozmiarów olbrzyma. W technice „nano" to dziesięć do potęgi minus dziewięć, czyli jedna miliardowa. Co więcej, możliwe jest tworzenie struktur jeszcze mniejszych — takich jak precyzyjne kształty wytwarzane przez drukarkę 3D NanoOne firmy UpNano. W procesie tym cząsteczki światła są kierowane na materiał wyjściowy z dokładnością do tysięcznych części milimetra. Aby podłoże mogło zostać precyzyjnie ustawione, trzy kompaktowe, wysokowydajne silniki FAULHABER dbają o jego właściwe położenie.
Struktury wytwarzane przez UpNano są tak małe, że niewidoczne ani gołym okiem, ani pod zwykłym mikroskopem optycznym. Dopiero skaningowy mikroskop elektronowy pozwala dostrzec najdrobniejsze wydrukowane elementy. Przypominają one rodzaj mikroskopijnych sfer lub cząstek kurzu o łącznej średnicy stanowiącej ułamek milimetra. Pręty tworzące te konstrukcje są 100 razy cieńsze od ludzkiego włosa. Struktury te znajdują zastosowanie m.in. w eksperymentach medycznych — jako rusztowania dla żywych komórek, mikrofiltery, mikroigły lub mikrosoczewki.
UpNanoZamek o wysokości zaledwie 6 milimetrów, wydrukowany na końcu ołówka za pomocą systemu NanoOne.
Zamek na czubku ołówka
UpNano jest spin-offem Politechniki Wiedeńskiej. Zanim założyciele firmy ponad pięć lat temu przeszli do wolnej gospodarki, prowadzili na uczelni badania nad wysokorozdzielczym drukiem 3D. Aby pokazać możliwości tej technologii, wydrukowali model zamku z wieloma poziomami, wykuszami, gzymsami, łukami, dwiema wieżyczkami i eleganckimi kolumnami — i to na czubku ołówka. Kolumny miały zaledwie 950 nanometrów grubości. Drukarka, którą UpNano rozwinął do gotowości rynkowej i sprzedaje na całym świecie, idzie jeszcze dalej: w poziomie osiąga rozdzielczość poniżej 200 nanometrów, a w pionie — poniżej 550 nanometrów.
UpNanoStruktura rusztowaniowa do badan komórkowych i tkankowych, wydrukowana na systemie NanoOne.
Wytwarzanie tak zminiaturyzowanych obiektów jest możliwe dzięki tzw. litografii dwufotonowej, opartej na kwantowym oddziaływaniu między dwiema cząsteczkami światła. Wywołują one zestalanie materiału, prowadząc do powstawania stabilnych łańcuchów w cząsteczkach tworzywa sztucznego.
Precyzyjny laser otwiera nowe możliwości
Laser dostarczający fotony pracuje z niezwykle krótkimi impulsami o dużej intensywności. Metoda ta gwarantuje przy tym wyjątkową dokładność, jak tłumaczy Peter Gruber: – W innych metodach druku 3D opartych na świetle polimeryzacja zachodzi wzdłuż całej drogi wiązki, co wymusza produkcję warstwową. Litografia dwufotonowa pozwala skupić wiązkę w jednym mikroskopijnym punkcie, który wysokowydajna optyka naszej drukarki może swobodnie przemieszczać przez materiał. Dzięki temu możemy tworzyć niemal dowolne struktury geometryczne.
Poza kanałami i innymi elementami stosowanymi w mikrofluidyce, metodą tą można wytwarzać soczewki drukowane bezpośrednio na końcach pojedynczych włókien szklanych. Druk może odbywać się nawet wewnątrz istniejących układów mikrofluidycznych, dodając do nich nowe struktury. Specjalny moduł dodatkowy umożliwia drukowanie z biotworzywa zawierającego żywe komórki. Polimeryzacja struktur trójwymiarowych zachodzi wyłącznie w wyznaczonych miejscach, podczas gdy komórki w przestrzeniach między nimi pozostają nienaruszone. Uzyskane konstrukty mogą naśladować skupiska komórek w ludzkich tkankach — są dziś wykorzystywane w testach farmaceutycznych zastępujących eksperymenty na zwierzętach.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Mikroendoskopy i zapłodnienie in vitro
Klienci UpNano są jednak zazwyczaj powściągliwi, jeśli chodzi o ujawnianie szczegółów swoich projektów. Większość działa w ścisłej poufności. – Znamy jedynie nieliczne konkretne zastosowania — na przykład w zapłodnieniu in vitro, gdzie pracuje się z pojedynczymi komórkami jajowymi, lub w soczewkach do mikroendoskopów – relacjonuje Peter Gruber.
UpNanoW pelni funkcjonalne łożysko toczne wydrukowane w technologii 3D na systemie NanoOne
Skala rozmiarów obiektów możliwych do wykonania na drukarce NanoOne rozciąga się od mniej niż 150 nanometrów do ponad 40 milimetrów. Cztery soczewki o różnej rozdzielczości zapewniają maksymalną elastyczność. Wydajność przekraczająca 450 mm³ na godzinę stanowi podstawę wysokiej produktywności. O precyzję procesu druku dbają nie tylko wysokiej jakości optyka laserowa, lecz także dokładne ustawienie podłoża, które umieszczone jest na ruchomej podstawce.
Napędy FAULHABER w urządzeniach NanoOne
Nazwa „Automatic Tilt Correction Insert" opisuje funkcję tej podstawki: koryguje ona przechylenie podłoża druku, które jest praktycznie nieuniknione podczas jego wkładania do drukarki. Ustawienie podłoża można regulować na trzech osiach (x, y i z), co pozwala na jego optymalne pozycjonowanie. – Osiągamy płaskość w zakresie sub-mikrometrowym – podkreśla Peter Gruber. – Dzięki temu precyzja optyki laserowej faktycznie przekłada się na jakość materiału druku. Ponadto kluczowe podzespoły są odsprzężone od otaczającej technologii i obudowy, dzięki czemu drukarka może stać na dowolnym stabilnym stole.
Siłę mechaniczną niezbędną do precyzyjnego pozycjonowania podstawki zapewniają trzy silnikoprzekładniowe prądu stałego z komutacją na metale szlachetne i zintegrowanym enkoderem z serii 1512 ... SR IE2-8 firmy Faulhaber. Unikalna technologia uzwojenia płaskiego z trzema płaskimi, samonośnymi uzwojeniami miedzianymi umożliwia uzyskanie skrajnie kompaktowej konstrukcji o średnicy 15 mm i długości zaledwie 14,3 mm. Magnesy ziem rzadkich o wysokiej wydajności zapewniają wyjątkowo duży moment napędowy. Oprócz przekładni w napędzie zintegrowany jest również enkoder optyczny.
UpNanoPlatforma NanoOne firmy UpNano umożliwia drukowanie struktur o wymiarach od sub-mikrometrowych do centymetrowych, przy wysokości do 40 milimetrów
Źródło: FAULHABER
