U nizu studija, naučnici iz NeptunLab-a na Univerzitetu u Frajburgu (Nemačka) gurnuli su potencijal 2-fotonske polimerizacione 3D-štampe (2PP 3D-štampanje) izvan postojećih granica. Pošto je pokazao svoju sposobnost da štampaju složene platinaste 3D mikrostrukture sa zapanjujućom submikronskom rezolucijom 2021. godine, tim je ove godine uspeo da proizvede slične strukture napravljene od volframa, kao i ugrađene mikrofluidne čipove sa rezolucijom od jednog μm brzinom bez presedana.
Vodeći naučnik Manuel Luic koristio je NanoOne 2PP 3D štampač kompanije UpNano GmbH (Austrija). Nakon što je uspešno angažovala Luitza za UpNano, kompanija će nastaviti da redefiniše pravila izvodljivosti za 2PP 3D štampanje.
Dva glavna ograničenja za širu primenu 2PP 3D štampanja visoke rezolucije su brzina štampanja i dostupni materijali za neophodnu fotopolimerizaciju. Sada je Luitz, tokom svog vremena u Laboratoriji za procesnu tehnologiju (NeptunLab) na Univerzitetu u Frajburgu u Nemačkoj, značajno smanjio ova ograničenja u istraživanju koje traje nekoliko godina.
Rezultati ovog rada objavljeni su u tri uzastopna rada u časopisima Napredni materijali, Napredni inženjerski materijali i Tehnologije naprednih materijala.
U ovom najnovijem razvoju, Luitz i kolege su definisali razvojnu šemu za mikrofluidne čipove ugrađene od jednog mikrona koristeći NanoOne štampač kompanije UpNano GmbH (Austrija). Ovaj štampač je najbrži 2PP 3D štampač na tržištu, sposoban za 3D štampanje visoke rezolucije preko neverovatnih 15 redova veličine. Koristeći snagu štampača, tim je uspeo da odštampa čip koji bi mogao da se poveže preko interfejsa čip-svet sa pumpom pod pritiskom.
„Ovo je napredak u proizvodnji mikrofluidnih čipova“, objašnjava Luitz, „jer je jedna od glavnih prepreka za 3D štampanje mikrofluidnih čipova visoke rezolucije pranje ugrađenih kanala bez neočvrslog materijala“. Ovo je omogućilo proizvodnju meandarskih čipova sa dužinom kanala do 20 cm, čipova generatora kapljica i čipa za sortiranje ćelija na osnovu determinističkog bočnog pomeranja sa prečnikom kolona od 30 μm i razmakom kolona od 4 μm.
„Mikrofluidni čipovi sa centimetarskim dimenzijama i rezolucijom μm se stoga mogu štampati u razumnom vremenskom okviru od manje od 12 sati koristeći NanoOne“, objašnjava Luitz.
Pre toga, Luitz je koristio NanoOne štampač za sasvim drugu svrhu, onu koja bi značajno proširila opseg materijala koji se mogu 3D štampati sa 2PP. On je „ukrotio“ volfram i volfram karbid za aditivni proizvodni proces visoke rezolucije. Ovo nije bio lak zadatak jer su oba materijala poznata po svojoj ekstremnoj tvrdoći (Mohsova skala 9,0) i otpornosti na toplotu (tačka topljenja > 3400°C), što ih čini teškim za rad. Međutim, predmeti visoke rezolucije napravljeni od volframa i njegovih karbida su u velikoj potražnji za aplikacije kao što su vrhovi emitera, sonde, mikroalati, kao i metamaterijali ili kataliza.
„Upotrebom NanoOne štampača,“ objašnjava Luitz, „bili smo u mogućnosti da dizajniramo proizvodni proces zasnovan na organsko-neorganskoj foto-smoli koja sadrži volframove jone. Polimerni delovi se zatim termički odvajaju i redukuju, ostavljajući delove volframa sa konačnom rezolucijom od 2 μm i delovi od volfram karbida sa rezolucijom od 7 μm.“
Luitzov uspeh u NeptunLab-u u „Institutu za mikrosistemske tehnike –IMTEK“ u „pripitomljavanju“ volframa za 2PP 3D štampanje sa NanoOne-om nije došao iz vedra neba. Tim je ranije postigao sličan rezultat sa platinom. U stvari, bili su u stanju da proizvedu samostojeće nanostubove, kao i složene 3D platinaste mikrostrukture sa rezolucijom od 300 nm. Takve male strukture naći će primenu u različitim inženjerskim aplikacijama, uključujući metamaterijale i katalizu, gde su velika površina i fizičko-hemijske osobine platine veoma poželjne.
