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2021-06-03Impresión en 3D de piezas diminutas para lograr un gran impacto

MIT |La startup del profesor Nicholas Fang, Boston Micro Fabrication, utiliza un novedoso método de enfoque de la luz para fabricar impresoras ultraprecisas.

Ya sean chips de ordenador, componentes de teléfonos inteligentes o piezas de cámaras, el hardware de muchos productos es cada vez más pequeño. Esta tendencia empuja a las empresas a idear nuevas formas de fabricar las piezas que impulsan nuestro mundo.

Así llega Boston Micro Fabrication (BMF). La empresa fue cofundada por el profesor del MIT Nicholas Fang en 2016 para mejorar la resolución y la precisión de la impresión 3D. Hoy en día, BMF está ayudando a los clientes en la carrera hacia piezas cada vez más pequeñas ofreciendo nuevos tipos de impresoras que se están utilizando para hacer electrónica, dispositivos médicos, chips microfluídicos y más.

Las máquinas de la empresa utilizan una tecnología codesarrollada por Fang para imprimir productos de tamaño milimétrico con detalles a escala de micras: objetos que se pueden ver a simple vista, pero cuyos detalles probablemente habrá que entrecerrar para distinguirlos.

La empresa afirma que las impresoras permiten crear nuevas piezas con geometrías minúsculas y complejas y funciones totalmente nuevas.

"Se pueden imprimir cosas que no se pueden moldear", afirma John Kawola, director general de BMF. "Es una de las razones por las que mucha gente piensa en la fabricación aditiva, porque no está limitada por los límites del moldeo. Da a las empresas una nueva libertad de diseño".

Microtecnología para un impacto masivo

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

Una gran parte de su trabajo, que se desarrolla en su Laboratorio de Nanofotónica y Nanofabricación 3D, consiste en estudiar enfoques comunes de impresión 3D que exponen un material a la luz para endurecerlo, o curarlo. Uno de estos métodos, el procesamiento digital de la luz (DLP), utiliza un destello de luz de un proyector para curar cada capa de material que se imprime.

El BMF utiliza una lente especial para enfocar la luz proyectada a escalas mucho más pequeñas.

"El proceso tiene muchas similitudes con los microscopios normales, salvo que estamos ofreciendo una imagen digital en lugar de iluminar con luz uniforme en un microscopio", explica Fang sobre el enfoque de BMF.

BMF también ha desarrollado un novedoso diseño de software y sistemas de control para mover con precisión la plataforma de impresión durante la producción.

Para empezar a formar la empresa, Fang trabajó con el Servicio de Mentores de Empresas del MIT y buscó la orientación de antiguos alumnos del MIT y compañeros de la facultad. En 2017, la empresa fue seleccionada para pasar por el acelerador de startups STEX25, con está dirigido por el MIT Startup Exchange. Fang dice que la experiencia ayudó a BMF a pensar en qué oportunidades comerciales perseguir y presentó a los fundadores a socios como Johnson y Johnson en el Programa de Enlace Industrial del MIT.

Muchos de los primeros clientes de BMF eran laboratorios de investigación universitarios 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 la obtención de la mejor precisión y el mejor acabado superficial posible con la capacidad de hacer algo que sea viable en un entorno de producción", afirma Kawola.

BMF afirma que su tecnología de impresión, denominada 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 el encargo de moldes diminutos para nuevos productos y prototipos, un proceso que puede llevar tiempo y ser prohibitivo: Kawola dice que los moldes necesarios para hacer algunas de las piezas que BMF imprime 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 está impulsando directamente la estrategia de mercado de BMF. Algunos de los productos que las empresas han pedido a BMF que les ayude a fabricar son chips microfluídicos, herramientas de diagnóstico médico y quirúrgico, componentes para auriculares de realidad virtual y audífonos.

"Creo que el ejemplo de los audífonos muestra realmente cómo la demanda de la aplicación final está impulsando al sector a fabricar cosas de forma más distribuida y personalizada", afirma Fang.

Aumentar la producción, no el tamaño

En la actualidad, BMF cuenta con un centenar de máquinas instaladas en diversas industrias y laboratorios de investigación. Las empresas utilizan principalmente las impresoras para crear prototipos de nuevos productos, pero el pasado otoño BMF lanzó la última versión de su plataforma de impresión, la microArch S240, que califica como la "primera y única" impresora 3D de microprecisión capaz de realizar una producción industrial a corto plazo.

El volumen de producción de la plataforma depende del tamaño de la pieza que se fabrique, pero Kawola afirma que para una pieza de unos 3 milímetros de longitud, la microArch 240 puede producir unas 100.000 unidades al año.

La S240 es la mayor incursión de BMF en la producción a escala industrial hasta el momento. Kawola reconoce que es necesario seguir innovando si BMF va a empezar a fabricar piezas para productos de mayor volumen.

"Si va a ser viable para volúmenes más altos, como en muchos productos de consumo, la [velocidad de impresión] probablemente va a tener que ser más rápida", dice Kawola. "Pero no creemos que tenga que ser 10 veces más rápida. Si es de tres a cinco veces más rápida, empieza a ser económicamente viable para la producción [de cientos de miles a millones al año]."

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

"Lo bueno de industrias como la nuestra, la impresión 3D o la robótica u otras relacionadas con el hardware, es que todos estamos aprovechando que la potencia de procesamiento es cada vez más barata y que la IA y la visión artificial nos resultan más fáciles", dice Kawola. "El proyector DLP que utilizamos para la fuente de luz es el mismo que se utiliza en un proyector de ordenador portátil o un proyector que tienes para tu casa. A medida que éstos se abaratan y aumentan su resolución, ya sabes, cuando la resolución 4k se convierte en un caso de uso industrial real para los proyectores DLP, entonces podemos comprar 4k, y de repente nuestra zona se hace cuatro veces más grande. Eso significa que básicamente puedes ir cuatro veces más rápido".

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