Impressão 3D de peças minúsculas e ultraprecisas para grande impacto

A startup Boston Micro Fabrication do professor Nicholas Fang usa um novo método de foco de luz para fazer impressoras ultraprecisas.

Quer se trate de chips de computador, componentes de smartphones ou peças de câmeras, o hardware de muitos produtos está cada vez menor. A tendência está a levar as empresas a criar novas formas de fabricar as peças que alimentam o nosso mundo.

Digite Boston Micro Fabricação (BMF). A empresa foi cofundada por MIT Professor Nicholas Fang em 2016 para melhorar a resolução e precisão da impressão 3D. Hoje a BMF está ajudando os clientes na corrida por peças cada vez menores, oferecendo novos tipos de impressoras que estão sendo usadas para fabricar eletrônicos, dispositivos médicos, chips microfluídicos e muito mais.

As máquinas da empresa usam uma tecnologia co-desenvolvida por Fang para imprimir produtos de tamanho milimétrico com detalhes na escala de mícron – objetos que você pode ver a olho nu, mas cujos detalhes você provavelmente terá que apertar os olhos para decifrar.

A empresa afirma que as impressoras permitem a criação de novas peças com geometrias minúsculas e complexas e funções totalmente novas.

“Você pode imprimir coisas que não pode moldar”, diz o CEO da BMF, John Kawola. “É uma razão pela qual muitas pessoas pensam na fabricação aditiva, porque não estão limitadas pelos limites da moldagem. Isso dá às empresas uma nova liberdade de design.”

Microtecnologia para impacto massivo

Fang estuda as propriedades da luz e da microfabricação há mais de 20 anos. Nos últimos 10 anos, ele foi membro do corpo docente do MIT.

Grande parte de seu trabalho, que ocorre em seu Laboratório de Nanofotônica e Nanofabricação 3D, envolve o estudo de abordagens comuns de impressão 3D que expõem um material à luz para endurecê-lo ou curá-lo. Uma dessas abordagens, o processamento digital de luz (DLP), utiliza um flash de luz de um projetor para curar cada camada do material que está sendo impresso.

O BMF usa uma lente especial para focar a luz projetada em escalas muito menores.

“O processo compartilha muitas semelhanças com os microscópios normais, exceto que estamos fornecendo uma imagem digital em vez de iluminar luz uniforme em um microscópio”, explica Fang sobre a abordagem da BMF.

A BMF também desenvolveu novos sistemas de design e controle de software para mover com precisão a plataforma de impressão durante a produção.

Para começar a formar o negócio, Fang trabalhou com o Venture Mentoring Service do MIT e buscou orientação de ex-alunos do MIT e colegas professores. Em 2017 a empresa foi selecionada para passar pela aceleradora de startups STEX25, administrada pelo MIT Startup Exchange. Fang diz que a experiência ajudou a BMF a pensar sobre quais oportunidades comerciais buscar e apresentou os fundadores a parceiros como Johnson e Johnson no Programa de Ligação Industrial do MIT.

Muitos dos primeiros clientes da BMF eram laboratórios de pesquisa universitários interessados ​​em ampliar os limites da impressão DLP. Desde então, a BMF lançou plataformas de impressão com velocidades de produção cada vez mais altas.

“Trata-se de ter uma tecnologia que consiga equilibrar a obtenção do melhor precisão e acabamento superficial possível, além de poder fazer algo que seja viável em um ambiente de produção”, diz Kawola.

A BMF afirma que sua tecnologia de impressão, chamada microestereolitografia de projeção, a torna a única empresa de impressão 3D que pode igualar a precisão da moldagem por injeção. Isso permite que os clientes evitem encomendar pequenos moldes para novos produtos e protótipos, um processo que pode levar tempo e ser proibitivamente caro – Kawola diz que os moldes necessários para fazer algumas das peças impressas pela BMF custam até meio milhão de dólares. Isso torna a impressão 3D a opção de produção mais barata e simples em muitos casos.

A procura de produtos finais mais pequenos também está a impulsionar directamente a estratégia de mercado da BMF. Alguns dos produtos que as empresas pediram à BMF para ajudar a fabricar incluem chips microfluídicos, ferramentas de diagnóstico cirúrgico e médico, componentes para fones de ouvido de realidade virtual e aparelhos auditivos.

“Acho que o exemplo do aparelho auditivo realmente mostra como a demanda pela aplicação final está levando a indústria a fabricar coisas de uma forma mais distribuída e personalizada”, diz Fang.

Aumentando a produção – não o tamanho

A BMF possui atualmente cerca de 100 máquinas implantadas em diversas indústrias e laboratórios de pesquisa. As empresas estão a utilizar as impressoras principalmente para criar protótipos de novos produtos, mas no outono passado a BMF lançou a versão mais recente da sua plataforma de impressão, a microArch S240, que chama de “primeira e única” impressora 3D de microprecisão capaz de produção industrial de pequenas tiragens.

O volume de produção da plataforma depende do tamanho da peça que está sendo fabricada, mas Kawola diz que para uma peça com cerca de 3 milímetros de comprimento, o microArch 240 pode produzir cerca de 100 mil unidades por ano.

O S240 é a maior incursão da BMF na produção em escala industrial até agora. Kawola reconhece que é necessária mais inovação se a BMF quiser começar a fabricar peças para produtos de maior volume.

“Se for viável para volumes maiores, como em muitos produtos de consumo, a (velocidade de impressão) provavelmente precisará ser mais rápida”, diz Kawola. “Mas não achamos que precise ser 10 vezes mais rápido. Se for de três a cinco vezes mais rápido, começa a se tornar economicamente viável para produção (varia entre centenas de milhares e milhões por ano).”

Os fundadores não acham que ainda faltam muitos anos para atingir esses marcos, principalmente porque acreditam que a BMF continuará a beneficiar da inovação em indústrias que utilizam as mesmas peças das suas impressoras.

“O que é bom em indústrias como a nossa, impressão 3D ou robótica ou outras relacionadas a hardware, é que todos estamos aproveitando o poder de processamento cada vez mais barato e a IA e a visão mecânica se tornando mais fáceis para nós”, diz Kawola. “O projetor DLP que usamos como fonte de luz é o mesmo usado em um projetor de laptop ou em um projetor que você tem em sua casa. À medida que eles ficam mais baratos e com resolução mais alta, você sabe, à medida que a resolução 4K se torna um verdadeiro caso de uso industrial para projetores DLP, então podemos comprar 4K e, de repente, nossa zona fica quatro vezes maior. Isso significa que você pode basicamente ir quatro vezes mais rápido.”