Ja vaig dedicar un article previ al tema dels talls amb maquinària CNC, però ara anem un pas més enllà, i tractaré el tema del tall molecular, que és un nou tipus de tall que les noves tecnologies han permès i que permet fer talls molt complexos amb una precisió gairebé perfecta.
De fet, tal és la precisió, que gairebé s'ha transformat en un fenomen viral en algunes xarxes socials, ja que els vídeos són gairebé hipnòtics com veuràs més endavant…
Què és el tall molecular?
Al sector industrial, cada vegada es busquen noves tecnologies que permetin realitzar les coses bàsiques d'una forma més eficient i òptica, i en aquesta recerca per la precisió i el control en la manipulació de la matèria s'han assolit nous nivells cada cop més fascinants . El tall molecular, també conegut com ablació per feix d'ions enfocat o FIB (Focused Ion Beam), sorgeix com una eina indispensable per explorar i modificar materials a escales nanomètriques.
És una tècnica que utilitza un feix de ions enfocat per esculpir materials amb una precisió sense precedents, arribant a eliminar material a nivell dàtoms o molècules individuals. Aquesta tècnica es basa en la interacció entre els ions d'alta energia i els àtoms del material objectiu, cosa que provoca la desintegració i eliminació dels àtoms, donant lloc a la formació d'una cavitat o una estructura tridimensional amb la forma desitjada.
El funcionament del tall molecular es pot dividir en tres etapes principals:
- Generació d'ions: un feix d'ions es genera mitjançant la ionització d'àtoms o molècules, generalment utilitzant una font d'ions com un canó d'ions de sputtering o una font de plasma.
- Enfocament i acceleració: els ions generats s'enfoquen i acceleren a altes energies, típicament en el rang d'energia compresa entre el keV i el MeV, mitjançant un sistema òptic o electrostàtic. L'energia cinètica dels ions determina la profunditat de penetració en el material objectiu, sent els més potents capaços de penetrar diversos centímetres fins i tot als metalls més durs.
- Interacció amb el material: el feix d'ions enfocat impacta en el material objectiu, interactuant amb els seus àtoms. Aquesta interacció pot provocar la desintegració i eliminació dels àtoms, donant lloc a la formació duna cavitat o estructura tridimensional amb la forma desitjada.
realment la tècnica no és nova, ja es feia servir en sectors com el dels semiconductors per al gravat o per a la deposició de material, però, la perfecció d'aquests equips ha possibilitat que també del salt a altres sectors industrials, com els que fabriquen peces metàl·liques complexes, entre altres.
El tall molecular és una tècnica en constant evolució, amb un gran potencial per revolucionar diversos camps científics i tecnològics. Els avenços en la generació d'ions, l'enfocament i el control del feix permetran assolir nivells encara més grans de precisió i resolució. A més, la integració de tècniques de tall molecular amb altres eines de microfabricació obrirà noves possibilitats per a la creació de dispositius i estructures nanomètriques amb propietats i funcionalitats sense precedents. Cada cop resulta més ràpid, i amb menys cost aquest tipus d'aparells, encara que encara tenen preus prohibitius per a la majoria dels mortals, però qui saps si algun dia seran prou barats per fer-los servir a casa, o potser integrats en futures impressores 3D per millorar la fabricació additiva…
Avantatges del tall molecular
El tall molecular ofereix una sèrie de avantatges sobre altres tècniques de tall, com pot ser el mecanitzat, la litografia, etc., com:
- Precisió extrema: permet treballar a escales nanomètriques, amb una resolució de fins a uns pocs nanòmetres.
- flexibilitat: es pot utilitzar per esculpir una àmplia varietat de materials, incloent metalls, semiconductors, polímers i fins i tot materials biològics, així com per tall complet.
- Control precís: permet crear estructures tridimensionals complexes amb gran precisió i detall, permetent produir peces avançades.
- Sense contacte: no requereix contacte físic amb el material, cosa que minimitza el dany i la contaminació, com poden causar altres tipus de talls si els veiem amb un microscopi, com poden ser els talls mitjançant serres, per plasma, etc., tots deixant unes marques força més evidents, a més d'eliminar més quantitat de material, cosa que fa que no encaixin de forma tan precisa.
Aplicacions del tall molecular
El tall molecular troba aplicacions en una àmplia gamma de camps, Incloent:
- Nanofabricació: s'utilitza per crear dispositius electrònics miniaturitzats, sensors, actuadors i altres estructures nanomètriques, com ara els dispositius MEMS o NEMS.
- Ciència de materials: permet estudiar l'estructura i les propietats de materials a nivell nanomètric.
- Biologia i medicina: s'utilitza per manipular cèl·lules, teixits i altres materials biològics, o realitzar intervencions molt precises gairebé sense danys.
- Reparació de dispositius: permet reparar defectes en dispositius electrònics i altres components miniaturitzats.
- Art: donat la perfecció d'aquests talls, es poden fabricar veritables obres d'art, trencaclosques que encaixen a la perfecció, sense que sembli que hi hagi un tall a la peça a nivell visual, com els exemples que has pogut veure al primer vídeo.
alternatives
El tall molecular té altres alternatives a la indústria, molt més barats, però també amb una precisió molt inferior. Per exemple, cal destacar:
- litografia: la litografia és una tècnica àmpliament utilitzada en la fabricació de circuits integrats i altres dispositius microelectrònics, així com MEMS. Perquè sigui possible, es fa servir una màquina amb un patró que farà passar llum (també hi ha alternatives a la fotolitografia com l'EBL o litografia per feix d'electrons) a través d'ell, per canviar les propietats d'un material fotosensible, per després atacar-lo mitjançant processos químics en banys àcids, i així llaurar les parts que es volen, fins i tot fins al tall. Això permet una alta resolució, però també és molt complex i d'alt cost degut a la maquinària necessària si es vol produir a resolucions elevades.
- Mecanitzat per descàrrega elèctrica (EDM): és una tècnica de mecanitzat que utilitza descàrregues elèctriques per erosionar material. Es basa en el principi que lenergia elèctrica es concentra en un petit espai, creant un canal de plasma que fon i vaporitza el material. Els avantatges és que es poden aplicar a varietat de materials, permetent crear formes tridimensionals complexes, i tampoc requereix contacte com a FIB, però, no té una precisió tan elevada com el tall molecular, la seva velocitat és força lenta, i generen gran quantitat de calor que pot fer malbé materials sensibles.
- Tall per làser: és una tècnica que permet el tall també amb una alta precisió, encara que no tanta com els talls moleculars. A més, ofereix un prototipat ràpid i complexes geometries, però els materials que es poden tallar i les profunditats poden tenir limitacions.