Investigadores del KIT demostrarán en la Hannover Messe 2023 cómo se pueden fabricar filtros ópticos y espejos dieléctricos personalizados de forma económica y energéticamente eficiente.
En muchos dispositivos y sistemas, como telescopios, barreras de luz, cámaras, tecnología de medición láser y teléfonos inteligentes, los filtros ópticos aseguran que la luz se refleje o transmita según su longitud de onda.
Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han desarrollado nuevos materiales e innovadora tecnología de procesos para producir dichos filtros con una impresora de inyección de tinta. Demostraron en la Feria de Hannover 2023 cómo se podrían fabricar filtros ópticos personalizados y espejos dieléctricos de manera económica y eficiente en términos de energía.
Los espejos y filtros ópticos son necesarios dondequiera que la luz esté involucrada en tu trabajo. Hasta ahora, sin embargo, se han fabricado en complejos sistemas de vacío que consumen mucha energía y material y tienen un rendimiento comparativamente bajo.
Uli Lemmer, jefe del Instituto de Tecnología de la Luz (LTI) en KIT.
Los filtros ópticos están compuestos por muchas capas superpuestas de nanómetros de grosor que se construyen una encima de la otra. Mayormente, estas capas consisten en dos materiales diferentes con diferentes espesores de capa e índice de refracción. En los métodos de producción convencionales, el material se evapora sobre una gran área, lo que causa muchas pérdidas de material. Estas técnicas de evaporación requieren temperaturas muy altas y, por lo tanto, son muy energéticamente intensivas.
Con su nuevo proceso, el equipo de investigación tiene la intención de reducir los costos de fabricación y adaptar de manera flexible las propiedades del producto a la aplicación respectiva. Es por eso que los investigadores utilizaron impresoras de inyección de tinta para crear filtros ópticos de inyección de tinta (IJPOFs).
Para ello, utilizaron dos tintas diferentes diseñadas específicamente para esta tarea. La primera tinta se imprime gota a gota hasta que la capa alcanza el grosor deseado. Luego, el producto se cura con luz ultravioleta. La siguiente capa se fabrica con la segunda tinta utilizando el mismo método. De esta manera, las impresoras de inyección de tinta producen filtros ópticos capa por capa utilizando dos materiales que se aplican alternativamente.
Los investigadores afirman que las aplicaciones que tienen una gran demanda de los filtros producidos por las impresoras de inyección de tinta incluyen procedimientos espectroscópicos en medicina, dispositivos metrológicos para la industria química o telescopios con una alta reflectancia que necesitan cubrir una gran superficie.
El equipo utilizó el novedoso proceso de impresión por inyección de tinta para producir no solo filtros ópticos, sino también espejos dieléctricos. Los filtros tienen un valor de reflectancia ultraalto del 99% y propiedades ópticas personalizadas. El método de fabricación es adecuado para componentes ópticos en el rango de micrómetros, que se utilizan en cámaras, pero también para superficies grandes como módulos fotovoltaicos.
Uli Lemmer y sus investigadores doctorales tienen como objetivo liderar esta tecnología innovadora para la producción de una nueva generación de filtros ópticos y espejos hacia el éxito comercial mediante la creación de una empresa derivada (spin-off).
Con este avance, se espera una revolución en la fabricación de filtros y espejos ópticos. Hasta ahora, la producción de estos componentes requería sistemas de vacío complejos y costosos, así como altas temperaturas. El uso de una impresora de inyección de tinta no solo reduce los costos de producción, sino que también permite una mayor flexibilidad en la adaptación de las propiedades ópticas según la aplicación requerida.
Esto tiene implicaciones significativas en una amplia gama de industrias y aplicaciones. Por ejemplo, en medicina, los filtros ópticos producidos mediante esta tecnología podrían mejorar los procedimientos espectroscópicos utilizados en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. En la industria química, los dispositivos metrológicos se beneficiarían de filtros ópticos más eficientes y asequibles. Además, los telescopios y otros instrumentos de observación podrían contar con espejos de alta reflectancia fabricados de manera más económica.
La capacidad de imprimir filtros ópticos capa por capa abre nuevas posibilidades en el diseño y fabricación de componentes ópticos personalizados. Además, el método de impresión por inyección de tinta permite la producción a escala, lo que facilita la integración de estos filtros y espejos en dispositivos y sistemas más amplios.
Con la creación de una empresa derivada, se espera que esta tecnología revolucionaria llegue al mercado de manera más amplia y pueda beneficiar a una variedad de industrias y campos de aplicación. La impresión de filtros y espejos ópticos con una impresora de inyección de tinta abre un nuevo mundo de posibilidades para la óptica y la tecnología de la luz, allanando el camino hacia avances significativos en campos como la medicina, la investigación científica y la industria.
Vía www.kit.edu
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