Impresión 3D de piezas pequeñas para un gran impacto | Noticias del MIT



Ya sean chips de computadora, componentes de teléfonos inteligentes o piezas de cámaras, el hardware de muchos productos es cada vez más pequeño. La tendencia es que las empresas encuentren nuevas formas de fabricar las piezas que impulsan nuestro mundo.

Introduzca Boston Micro Fabrication (BMF). La empresa fue cofundada por el profesor del MIT Nicholas Fang en 2016 para mejorar la resolución y precisión de la impresión 3D. Hoy, BMF está ayudando a sus clientes en la carrera por piezas cada vez más pequeñas al ofrecer nuevos tipos de impresoras que se utilizan para fabricar dispositivos electrónicos, dispositivos médicos, chips de microfluidos y más.

Las máquinas de la compañía utilizan tecnología desarrollada conjuntamente por Fang para imprimir productos de tamaño milimétrico con detalles a escala micrométrica: objetos que puede ver a simple vista, pero que necesitará ver, probablemente entrecerrando los ojos para ver los detalles. La compañía afirma que las impresoras permiten la creación de nuevas piezas con geometrías complejas y diminutas y funciones completamente nuevas.

“Puede imprimir cosas que no puede moldear”, dice el director ejecutivo de BMF, John Kawola. “Esa es una de las razones por las que mucha gente piensa en la fabricación aditiva, porque no están limitadas por las limitaciones del moldeado. Esto brinda a las empresas una nueva libertad de diseño.

Micro tecnología para un impacto masivo

Fang ha estado estudiando las propiedades de la luz y la microfabricación durante más de 20 años. Durante los últimos 10 años, ha sido miembro de la facultad del MIT.

Gran parte de su trabajo, que tiene lugar en su laboratorio de nanofotónica y nanofabricación 3D, implica el estudio de enfoques comunes de impresión 3D que exponen un material a la luz para endurecerlo o endurecerlo. Uno de estos enfoques, el procesamiento de luz digital (DLP), utiliza un destello de luz de un proyector para endurecer cada capa de material que se imprimirá.

El descubrimiento que finalmente condujo al BMF fue que ciertos materiales pueden actuar como lo que Fang llama "superlentes" para enfocar la luz proyectada a escalas mucho más pequeñas.

"El proceso comparte muchas similitudes con los microscopios normales, excepto que entregamos una imagen digital en lugar de hacer brillar una luz uniforme en un microscopio", explica Fang sobre el enfoque de BMF.

BMF también desarrolló un nuevo diseño de software y sistemas de control para mover con precisión la plataforma de impresión durante la producción.

Para comenzar a construir el negocio, Fang trabajó con el Venture Mentoring Service del MIT y buscó el consejo de ex alumnos del MIT y otros miembros de la facultad. En 2017, la compañía fue seleccionada para pasar por el acelerador de inicio STEX25, operado por MIT Startup Exchange. Fang dice que la experiencia ayudó a BMF a pensar en las oportunidades de negocios a seguir y presentó a los fundadores a socios como Johnson y Johnson como parte del Programa de Enlace Industrial del MIT.

Muchos de los primeros clientes de BMF eran laboratorios de investigación académica interesados ​​en ampliar los límites de la impresión DLP. Desde entonces, BMF ha lanzado plataformas de impresión con velocidades de producción cada vez mayores.

"Se trata de tener una tecnología que pueda equilibrar el logro de la mejor precisión y acabado superficial posibles mientras se puede hacer algo viable en un entorno de producción" », explica Kawola.

BMF afirma que su tecnología de impresión, llamada microestereolitografía de proyección, la convierte en la única empresa de impresión 3D que puede igualar la precisión del moldeo por inyección. Esto permite a los clientes evitar pedir moldes diminutos para nuevos productos y prototipos, un proceso que puede llevar mucho tiempo y ser extremadamente costoso. Kawola dice que los moldes necesarios para fabricar algunas de las piezas impresas de BMF cuestan hasta medio millón de dólares. Esto hace que la impresión 3D sea la opción de producción más barata y sencilla en muchos casos.

La demanda de productos finales más pequeños también guía directamente la estrategia de mercado de BMF. Algunas de las empresas de productos han pedido a BMF que las ayude a fabricar chips de microfluidos, herramientas de diagnóstico médico y quirúrgico, componentes para auriculares de realidad virtual y audífonos.

"Creo que el ejemplo de los audífonos realmente muestra cómo la demanda de la aplicación de uso final está impulsando a la industria a hacer las cosas de una manera más distribuida y personalizada", dijo Fang.

Aumente la producción, no el tamaño

BMF tiene actualmente alrededor de 100 máquinas implementadas en una amplia gama de industrias y laboratorios de investigación. Las empresas utilizan principalmente impresoras para crear prototipos de nuevos productos, pero el otoño pasado BMF lanzó la última versión de su plataforma de impresión, la microArch S240, a la que llama la "primera y única" impresora 3D de microprecisión capaz de producción industrial a corto plazo.

El volumen de producción de la plataforma depende del tamaño de la pieza a fabricar, pero Kawola dice que para una pieza de unos 3 milímetros de largo, el microArch 240 puede producir alrededor de 100.000 unidades por año.

El S240 es la incursión más grande de BMF en la producción a escala industrial hasta la fecha. Kawola reconoce que se necesitan más innovaciones si BMF va a comenzar a fabricar piezas para productos de mayor volumen.

"Si esto es viable para volúmenes más altos, como en muchos productos de consumo, es probable que (la velocidad de impresión) deba aumentar", dice Kawola. “Pero no creemos que tenga que ser 10 veces más rápido. Si es de tres a cinco veces más rápido, comienza a ser económicamente viable para la producción (cientos de miles a millones al año).

Los fundadores no creen que les lleve muchos años alcanzar estos hitos, principalmente porque creen que BMF seguirá beneficiándose de la innovación en industrias que utilizan las mismas piezas que sus impresoras.

“Lo mejor de industrias como la nuestra, la impresión 3D o la robótica u otras relacionadas con el hardware, es que todos aprovechamos el poder de la inteligencia artificial y la visión artificial cada vez más baratas”, dice Kawola. “El proyector DLP que usamos para la fuente de luz es el mismo que se usa en un proyector de computadora portátil o un proyector que tiene para su hogar. A medida que estos se vuelven más baratos y con una resolución más alta, ya que la resolución 4k se convierte en un caso de uso industrial real para los proyectores DLP, entonces podemos comprar 4k y, de repente, nuestra área se vuelve cuatro veces más grande. Esto significa que puede ir cuatro veces más rápido.

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