Metallization of 3D printed μscaffolds for magnetic actuation

Microrobotics has taken a big leap forward new innovations thanks to new fabrication technologies. 3D printing can now be exploited for sub-millimetric applications, with new techniques such as laser stereolithograpy or two-photon lithography. The possibility to metallize 3D printed microdevices after the printing step represent a new, economical, way of production, that will revolutionize the concept of microrobotics and MEMS production. This work has the ambition to be a bridge between the fields of microrobotics, electrochemistry and 3D printing. A lot of studies on microrobotics are made in the medicine field, for creation and control of microdevices that can be controlled by external magnetic fields and used for a wide range of specific applications, such as human surgery. The aim of this work is the realization of magnetically actuable microscaffolds printed by 3D laser stereolithography and then metallized by electrochemical processes, that will provide the magnetic layer for the actuation. In this work, hard magnetic alloys are investigated and the relative electrochemical baths for their realization are tested. The deposited alloys are characterized in terms of magnetic properties and microstructure. Finally, the chosen alloys are deposited over 3D printed microscaffold that are then actuated and their functionality is tested.

La microrobotica ha fatto un grande passo in avanti verso nuove frontiere grazie alla nascita di nuove tecniche di fabbricazione. La stampa 3D può oggigiorno essere utilizzata per la realizzazione di microdispositivi con dimensioni inferiori al millimetro, utilizzando nuove tecnologie come la stereolitografia laser o la two-photon lithography. La possibilità di metallizzare i microdispositivi stampati dopo la loro realizzazione è un metodo nuovo ed economico per la realizzazione di questo tipo di dispositivi, che rivoluzionerà il concetto di produzione microrobotica e di MEMS. Questo lavoro vuole essere quindi un ponte tra il campo della microrobotica, dell’elettrochimica e della stampa 3D. Molti studi sono oggi condotti nel campo medico per la creazione e il controllo di microdispositivi che possano essere controllati da campi magnetici esterni e usati in molte applicazioni specifiche, come la chirurgia umana. Lo scopo di questo lavoro è la realizzazione di microscaffold controllabili magneticamente tramite stampa 3D stereolitografica e la loro metallizzazione tramite processi elettrochimici, che forniranno al microdispositivo il materiale magnetico per l’attuazione. In questo lavoro sono studiate leghe magnetiche hard e i relativi bagni elettrochimici per la loro deposizione. I depositi sono quindi caratterizzati in termini di proprietà magnetiche e microstruttura. Infine, le leghe selezionate sono depositate su microscaffold stampati 3D, che vengono quindi attuati magneticamente, verificandone la funzionalità.