Desenvolvimento do multi

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 4781 (2023) Citar este artigo

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A estereolitografia de dois fótons (TPS) é amplamente utilizada para a fabricação de várias estruturas tridimensionais (3D) com resolução de fabricação sub-mícron em um único processo de fabricação. No entanto, o TPS não é adequado para microestruturas com padrões de furos finos. O processo de ablação a laser pode ser facilmente perfurado ou feito furos em vários materiais. No entanto, no caso da ablação a laser, o plano focal do laser é fixo, limitado ao plano de processamento. Neste estudo, um processo de ablação multidirecional é estudado para aplicar ablação a laser em vários planos de processamento de uma microestrutura 3D fabricada pelo processo TPS. Espera-se que um processo de fabricação híbrido 3D com as vantagens de TPS e ablação a laser melhore a eficiência da fabricação. O processo híbrido 3D é proposto com base em uma única fonte de laser. A microestrutura é fabricada usando TPS e o processo de ablação multidirecional cria um orifício na lateral da microestrutura 3D. Para desenvolver o processo de ablação multidirecional, o sistema de espelho refletor deve ser projetado para girar de forma adaptável o plano focal do laser e guiar o caminho do laser para o plano de processo alvo. Através de vários exemplos, demonstramos a capacidade do processo de ablação multidirecional com vários exemplos.

Recentemente, a necessidade de um processo de fabricação eficaz relacionado à nanotecnologia (NT), biotecnologia (BT) e tecnologia da informação (TI) cresceu significativamente no desenvolvimento de nano/microdispositivos 3D e sistemas altamente integrados. As técnicas de micro e nanofabricação incluem litografia macia1,2, fotolitografia3,4 e corrosão5,6 usando uma combinação dessas técnicas, e vários nano/microssistemas foram fabricados. Tecnologia avançada para o design mais complexo de estruturas, litografia holográfica7,8, automontagem9,10 e escrita direta a laser11,12,13 têm sido empregadas. Particularmente, a escrita direta a laser tem vantagens significativas para a fabricação de estruturas tridimensionais porque o caminho de varredura a laser é controlado de acordo com dados tridimensionais de projeto auxiliado por computador (CAD). A escrita direta a laser envolve dois métodos: métodos aditivos e subtrativos.

A escrita direta usando um laser de femtosegundo (DWFL) é um nano/microprocesso 3D eficaz. O DWFL é um método sem máscara, simples e econômico para a fabricação de nano/microestruturas 2D e 3D. O processo aditivo de DWFL (ou seja, processo de estereolitografia de dois fótons; TPS) tem fortes méritos para a fabricação direta de microestruturas 2D e 3D com resolução sub-mícron14,15,16,17. No entanto, o TPS tem algumas limitações. Por exemplo, a resolução e a velocidade de fabricação do processo aditivo são insuficientes para aplicações em nanoescala18,19. Algumas dessas limitações podem ser amenizadas usando o processo subtrativo de DWFL. Um processo subtrativo típico é a ablação usando um laser focalizado de alta potência. O micropadrão ablacionado pode ser escrito usando varredura a laser de acordo com o caminho projetado.

Vários estudos foram realizados sobre métodos de fabricação híbridos, que apresentam as vantagens dos processos aditivos e subtrativos. Por exemplo, a resolução de fabricação limitada do processo aditivo pode ser melhorada usando um processo subtrativo20. Usando o processo TPS, é difícil fabricar uma microestrutura com um orifício ou uma pequena lacuna. Um pequeno orifício ou lacuna tende a solidificar e bloquear devido à superposição das potências do laser21,22. Além disso, o caminho de varredura a laser ineficaz para a estrutura tridimensional causa um longo tempo de fabricação23,24. No entanto, o processo de ablação a laser é adequado para criar furos em estruturas. Portanto, empregando o processo de fabricação híbrido de TPS e ablação a laser, a nano/microestrutura tridimensional pode ser efetivamente fabricada com maior precisão e menor tempo de fabricação.