Additive manufacturing and metallization for 3D microfabrication of functional devices

3D printing is one of the technologies that are having the greatest impact on contemporary world. In fact, the introduction of additive manufacturing techniques is slowly changing the way industrial production is conventionally intended. One of the fields that may be most affected by the introduction of these manufacturing techniques is microfabrication, since a considerable number of modern products contains or will contain microfabricated parts, e.g. sensors, microactuators and many others. For this reason, exploiting 3D printing for the so-called additive micromanufacturing is one of the most intriguing research topics in modern industrial engineering. In the present work, a hybrid approach combining stereolithography 3D printing and wet metallization techniques is developed and applied to the production of functional microdevices. Wet metallization on stereolithography printed commercial and custom resins is characterized and optimized for the realization of real devices. Such real devices included microelectromechanical systems (MEMS), with the manufacturing of single-axis accelerometers, as well as examples from the microrobotics field, with the production of microrobots for cell delivery and for water remediation. All the devices show full functionality, confirming thus the validity of the hybrid 3D printing/wet metallization for the realization of microfabricated devices.

La stampa 3D è una delle tecnologie che stanno avendo il più grande impatto sul mondo contemporaneo. Infatti, l’introduzione di tecniche di fabbricazione additiva sta lentamente modificando il modo in cui la produzione industriale è convenzionalmente intesa. Uno dei settori che potrebbero essere più influenzati dall’introduzione di queste tecniche di produzione è quello della microfabbricazione, visto che un considerevole numero di prodotti moderni contiene o conterrà parti microfabbricate, come ad esempio sensori, microattuatori e molte altre. Per questa ragione, sfruttare la stampa 3D per la cosiddetta microfabbricazione additiva è uno dei più intriganti argomenti di ricerca nella moderna ingegneria industriale. Nel presente lavoro viene sviluppato e applicato alla produzione di microdispositivi funzionali un approccio ibrido in grado di combinare stampa 3D sterolitografica e tecniche di metallizzazione wet. La metallizzazione in fase acquosa su resine da stampa stereolitografica commerciali e customizzate è caratterizzata e ottimizzata per la realizzazione di dispositivi reali. Questi includono sistemi microelettromeccanici (MEMS), con la produzione di accelerometri a singolo asse, così come esempi provenienti dal settore della microrobotica, con la produzione di microrobot per lo spostamento di cellule e per la pulizia dell’acqua. Tutti i dispositivi mostrano piena funzionalità, confermando così la validità dell’approccio ibrido stampa 3D/metallizzazione wet per la realizzazione di microdispositivi.