Los investigadores han desarrollado una técnica de impresión por inyección de tinta que se puede utilizar para imprimir componentes ópticos como guías de onda. Debido a que el enfoque de impresión también puede fabricar productos electrónicos y microfluídicos, podría avanzar una variedad de dispositivos, como sensores ópticos utilizados para monitoreo de salud y laboratorio.dispositivos en un chip que integran y automatizan múltiples funciones de laboratorio en un pequeño circuito o chip.
"La impresión por inyección de tinta es un método muy atractivo para fabricar componentes ópticos porque las posiciones y los tamaños de las características se pueden modificar fácilmente y prácticamente no hay desperdicio de material", dijo Fabian Lütolf, miembro del equipo de investigación dirigido por Rolando Ferrini en CSEMen Suiza. "Sin embargo, la tensión superficial de las tintas dificulta la impresión de líneas con una altura específica, lo cual es necesario para crear una guía de ondas".
La impresión por inyección de tinta es una técnica de fabricación aditiva que utiliza boquillas pequeñas como las que se encuentran en las impresoras de inyección de tinta de escritorio para depositar un patrón de gotas generado por computadora la "tinta" en un sustrato para construir una estructura. Los investigadores descubrieron que depositarLa tinta en dos pasos, en lugar del paso único tradicional, permitió la impresión de líneas con una altura específica y con características mucho más suaves de lo que sería posible. Las estructuras impresas tienen 2.5 dimensiones porque, aunque no son planas, su complejidad eslimitado en comparación con las estructuras creadas con la impresión 3D tradicional.
En la revista The Optical Society OSA Óptica Express , los investigadores muestran que su técnica se puede usar para imprimir guías de ondas ópticas 2.5D y conicidades hechas de polímero acrílico. El concepto de impresión también se puede usar con otros materiales como tintas metálicas para hacer productos electrónicos o mezclas de sacarosa para aplicaciones biodegradables.
Lütolf señala que, aunque la impresión de productos electrónicos ya se utiliza comercialmente, la impresión de microfluídica es más desafiante y propensa a los mismos problemas que las guías de ondas ". El hecho de que nuestro enfoque podría permitir la fabricación de componentes con múltiples funcionalidades con una sola impresora allana el camino.camino hacia la fabricación aditiva de circuitos integrados completos en chips ", dijo Lütolf." Esto significa que los componentes ópticos podrían agregarse a la electrónica híbrida flexible y que los componentes optoelectrónicos como las fuentes de luz o los detectores podrían integrarse en los circuitos ópticos impresos ".
Convertir un problema en una solución
Debido a la tensión superficial, las tintas depositadas en un sustrato tienden a abultarse o partirse. Depositar la tinta en dos pasos permitió a los investigadores convertir la tensión superficial del líquido en una ventaja. Después de depositar una serie de gotas, la tinta se imprimió enEl segundo paso busca minimizar su energía superficial mediante la autoalineación entre las gotitas de la primera impresión. A diferencia de los enfoques de impresión de inyección de tinta anteriores, los investigadores no tuvieron que pre-modelar el sustrato, lo que aumenta el espacio de diseño disponible y simplifica la fabricación.
Para llevar a cabo la nueva técnica, primero se imprime una serie de gotitas llamadas tapas de fijación. Estas tapas esféricas fijan puentes líquidos formados por la tinta de la segunda impresión, formando una configuración que inmoviliza la tinta y evita la formación de protuberancias en ellínea impresa. Además de hacer líneas rectas entre dos puntos, la técnica se puede utilizar para conectar tres o más uniones para hacer esquinas o bordes afilados.
La nueva técnica ofrece varias ventajas sobre la fotolitografía clásica, que generalmente se usa para hacer pequeños componentes en chips. "La impresión por inyección de tinta no requiere una máscara física como la fotolitografía y es más fácil conectar los componentes", dijo Lütolf. "Además,si solo desea probar rápidamente una idea o variar un parámetro, los métodos de fabricación aditiva, como la impresión por inyección de tinta, solo requieren la adaptación del diseño digital ".
Para evaluar el nuevo método de impresión, los investigadores crearon una guía de ondas de polímero que tenía 120 micras de ancho y 31 micras de alto con un cono que permitía que la luz de una fuente láser externa ingresara a la guía de ondas. Midieron la pérdida óptica dentro de la guía de ondas para0.19 dB / cm, solo un orden de magnitud más alto que las guías de onda de última generación creadas con fotolitografía.
"En el documento, informamos las primeras guías de ondas impresas por inyección de tinta con caracterización de pérdidas", dijo Lütolf. "Para las aplicaciones que imaginamos, las guías de ondas llevarían luz a distancias cortas y no a través de redes enteras. El nivel actual de pérdidaspuede ser tolerado para tales aplicaciones "
Según los investigadores, las guías de onda más pequeñas posibles consisten en una sola gota de tinta, cuyo tamaño está limitado por la boquilla de la impresora de inyección de tinta. Para la impresora utilizada en el estudio, las guías de onda más estrechas estarían en los 40-gama de micras con una altura de alrededor de 10 micrómetros. Las impresoras de inyección de tinta industriales típicas también tienen límites similares.
"Con nuestra combinación actual de materiales y hardware, no es posible hacer guías de onda por debajo de 10 micrómetros, como se requiere típicamente para la operación de modo único. Pero estamos cerca", dijo Lütolf. "Sin embargo, no existe un límite físico fundamental quenos impediría imprimir guías de onda monomodo "
Agrega que varios grupos han demostrado capacidades de impresión en el rango submicrónico con técnicas como la impresión electrohidrodinámica E-jet. Debería ser posible combinar dichos instrumentos con la nueva técnica de impresión por inyección de tinta para crear guías de onda de modo único.
Los investigadores ahora están trabajando para optimizar el método de impresión y la tinta para reducir aún más la cantidad de luz perdida por la guía de ondas. También están trabajando para hacer que el proceso de inyección de tinta sea más aplicable para la fabricación a gran escala y, finalmente, la implementación comercial.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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