Ya dediqué un artículo previo al tema de los cortes con maquinaria CNC, pero ahora vamos un paso más allá, y voy a tratar el tema del corte molecular, que es un nuevo tipo de corte que las nuevas tecnologías han permitido y que permite realizar cortes muy complejos con una precisión casi perfecta.
De hecho, tal es la precisión, que casi se ha transformado en un fenómeno viral en algunas redes sociales, puesto que los vídeos son casi hipnóticos como verás más adelante…
¿Qué es el corte molecular?
En el sector industrial, cada vez se buscan nuevas tecnologías que permitan realizar las cosas básicas de una forma más eficiente y óptica, y en esta búsqueda por la precisión y el control en la manipulación de la materia se ha alcanzado nuevos niveles cada vez más fascinantes. El corte molecular, también conocido como ablación por haz de iones enfocado o FIB (Focused Ion Beam), surge como una herramienta indispensable para explorar y modificar materiales a escalas nanométricas.
Es una técnica que utiliza un haz de iones enfocado para esculpir materiales con una precisión sin precedentes, llegando a eliminar material a nivel de átomos o moléculas individuales. Esta técnica se basa en la interacción entre los iones de alta energía y los átomos del material objetivo, lo que provoca la desintegración y eliminación de los átomos, dando lugar a la formación de una cavidad o estructura tridimensional con la forma deseada.
El funcionamiento del corte molecular se puede dividir en tres etapas principales:
- Generación de iones: un haz de iones se genera mediante la ionización de átomos o moléculas, generalmente utilizando una fuente de iones como un cañón de iones de sputtering o una fuente de plasma.
- Enfoque y aceleración: los iones generados se enfocan y aceleran a altas energías, típicamente en el rango de energía comprendida entre el keV y el MeV, mediante un sistema óptico o electrostático. La energía cinética de los iones determina la profundidad de penetración en el material objetivo, siendo los más potentes capaces de penetrar varios centímetros incluso en los metales más duros.
- Interacción con el material: el haz de iones enfocado impacta en el material objetivo, interactuando con los átomos del mismo. Esta interacción puede provocar la desintegración y eliminación de los átomos, dando lugar a la formación de una cavidad o estructura tridimensional con la forma deseada.
Realmente la técnica no es nueva, ya se usaba en sectores como el de los semiconductores para el grabado o para la deposición de material, sin embargo, la perfección de estos equipos ha posibilitado que también de el salto a otros sectores industriales, como los que fabrican piezas metálicas complejas, entre otros.
El corte molecular es una técnica en constante evolución, con un gran potencial para revolucionar diversos campos científicos y tecnológicos. Los avances en la generación de iones, el enfoque y la control del haz permitirán alcanzar niveles aún mayores de precisión y resolución. Además, la integración de técnicas de corte molecular con otras herramientas de microfabricación abrirá nuevas posibilidades para la creación de dispositivos y estructuras nanométricas con propiedades y funcionalidades sin precedentes. Cada vez resulta más rápido, y con menor coste este tipo de aparatos, aunque aún tienen precios prohibitivos para la mayoría de los mortales, pero quién sabes si algún día serán suficientemente baratos como para usarlos en casa, o tal vez integrados en futuras impresoras 3D para mejorar la fabricación aditiva…
Ventajas del corte molecular
El corte molecular ofrece una serie de ventajas sobre otras técnicas de corte, como puede ser el mecanizado, la litografía, etc., como:
- Precisión extrema: permite trabajar a escalas nanométricas, con una resolución de hasta unos pocos nanómetros.
- Flexibilidad: se puede utilizar para esculpir una amplia variedad de materiales, incluyendo metales, semiconductores, polímeros e incluso materiales biológicos, así como para su corte completo.
- Control preciso: permite crear estructuras tridimensionales complejas con gran precisión y detalle, permitiendo producir piezas avanzadas.
- Sin contacto: no requiere contacto físico con el material, lo que minimiza el daño y la contaminación, como pueden causar otros tipos de cortes si los vemos con un microscopio, como pueden ser los cortes mediante sierras, por plasma, etc., todos ellos dejando unas marcas bastante más evidentes, además de eliminar mayor cantidad de material, lo que hace que no encajen de forma tan precisa.
Aplicaciones del corte molecular
El corte molecular encuentra aplicaciones en una amplia gama de campos, incluyendo:
- Nanofabricación: se utiliza para crear dispositivos electrónicos miniaturizados, sensores, actuadores y otras estructuras nanométricas, como los dispositivos MEMS o NEMS.
- Ciencia de materiales: permite estudiar la estructura y propiedades de materiales a nivel nanométrico.
- Biología y medicina: se utiliza para manipular células, tejidos y otros materiales biológicos, o realizar intervenciones muy precisas sin apenas daños.
- Reparación de dispositivos: permite reparar defectos en dispositivos electrónicos y otros componentes miniaturizados.
- Arte: dado la perfección de estos cortes, se pueden fabricar verdaderas obras de arte, rompecabezas que encajan a la perfección, sin que parezca que haya un corte en la pieza a nivel visual, como los ejemplos que has podido ver en el primer vídeo.
Alternativas
El corte molecular tiene otras alternativas en la industria, mucho más baratos, pero también con una precisión muy inferior. Por ejemplo, tenemos que destacar:
- Litografía: la litografía es una técnica ampliamente utilizada en la fabricación de circuitos integrados y otros dispositivos microelectrónicos, así como MEMS. Para que sea posible, se usa una máquina con un patrón que hará pasar luz (también existen alternativas a la fotolitografía como la EBL o litografía por haz de electrones) a través de él, para cambiar las propiedades de un material fotosensible, para luego atacarlo mediante procesos químicos en baños ácidos, y así labrar las partes que se quieren, incluso hasta el corte. Esto permite una alta resolución, pero también es muy complejo y de alto coste debido a la maquinaria necesaria si se quiere producir a elevadas resoluciones.
- Mecanizado por descarga eléctrica (EDM): es una técnica de mecanizado que utiliza descargas eléctricas para erosionar material. Se basa en el principio de que la energía eléctrica se concentra en un pequeño espacio, creando un canal de plasma que funde y vaporiza el material. Las ventajas es que se pueden aplicar a variedad de materiales, permitiendo crear formas tridimensionales complejas, y tampoco requiere contacto como FIB, sin embargo, no tiene una precisión tan elevada como el corte molecular, su velocidad es bastante lenta, y generan gran cantidad de calor que puede dañar materiales sensibles.
- Corte por láser: es una técnica que permite el corte también con una alta precisión, aunque no tanta como los cortes moleculares. Además ofrece un prototipado rápido y complejas geometrías, pero los materiales que se pueden cortar y las profundidades pueden tener limitaciones.