Latin-America (Português)
Latin-America (Português)
Estudo de Caso

Impressão 3D de cartuchos personalizados para chips SERS na PicoFoundry


Impressora 3D Stratasys na PicoFoundry

Comparativo: Impressão 3D LCD x DLP

Fizemos impressões em telas LCD e DLP para que você possa ver por si mesmo como elas se comparam lado a lado.

Perfil do cliente

Fundada em 2018 por professores e ex-alunos do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST), a PicoFoundry é uma empresa inovadora que vem ganhando destaque no campo da Deep Tech. A PicoFoundry comercializou com sucesso um chip de espectroscopia Raman aprimorada por superfície (SERS) utilizando sua tecnologia proprietária de “impressão por nanotransferência térmica”.

A tecnologia SERS permite a detecção rápida e precisa de substâncias em traços, tornando-a altamente promissora em diversos campos, como segurança alimentar, monitoramento ambiental e diagnóstico precoce de doenças. A PicoFoundry foi a primeira no mundo a produzir em massa com sucesso chips SERS utilizando a tecnologia de impressão por transferência. Em 2020, iniciou as vendas comerciais e, atualmente, fornece produtos para mais de 70 institutos de pesquisa e empresas em todo o mundo, consolidando-se como líder de mercado inigualável no setor.

Diagram of SERS chip production

Desafio

Embora o chip SERS da PicoFoundry fosse tecnicamente avançado, ele enfrentou desafios significativos para ampliar sua comercialização. Isso porque mesmo chips SERS de alta precisão não podem ser utilizados imediatamente pelos usuários finais em ambientes experimentais.

Para maximizar o desempenho do chip e aumentar a conveniência do usuário, é essencial um cartucho robusto — que proteja o chip e o fixe com precisão ao equipamento analítico. O problema era que cada cliente utilizava equipamentos diferentes de espectroscopia Raman; por isso, a PicoFoundry precisava desenvolver uma ampla gama de cartuchos personalizados para atender às diversas especificações.

Durante a fase inicial de entrada no mercado, a fabricação de vários tipos de cartuchos em pequenas quantidades representava desafios econômicos ao se utilizar a moldagem por injeção tradicional. Somente a fabricação do molde pode custar dezenas de milhares de dólares e levar vários meses, criando uma grande barreira para startups, nas quais iterações rápidas de projeto e testes de mercado são fundamentais. A usinagem CNC também apresenta limitações — ela é menos adequada para a criação de estruturas internas complexas e traz a desvantagem adicional de altos custos de produção.

Examples of chips

Antes do uso das impressoras 3D, alterar os projetos dos cartuchos era praticamente difícil, mas agora é possível criar e avaliar amostras em tempo real. A impressão 3D oferece um alto grau de liberdade no projeto personalizado, permitindo que o projeto seja otimizado para o tamanho do chip SERS desejado pelo cliente e para o equipamento espectroscópico utilizado, possibilitando uma produção personalizada e precisa, adaptada ao uso pretendido.

Impacto

Desde a implementação das soluções de impressão 3D da Stratasys, a PicoFoundry observou melhorias significativas na velocidade de desenvolvimento de produtos e na flexibilidade de projeto, ao mesmo tempo em que expandiu seu portfólio de produtos com uma variedade de tipos de cartuchos. Anteriormente, a criação de novos protótipos por meio da modificação dos projetos dos cartuchos exigia tempo e custos significativos. Agora, os projetos necessários podem ser impressos e testados imediatamente. O ciclo de desenvolvimento foi significativamente reduzido graças à produção de amostras que refletem as alterações de projeto em tempo real e à identificação imediata de problemas e elaboração de planos de melhoria. Essa capacidade de prototipagem rápida reduziu significativamente o tempo de desenvolvimento de produtos e proporcionou maior flexibilidade para responder a mudanças no projeto. Ao validar repetidamente os protótipos produzidos com uma impressora 3D, a equipe conseguiu superar de forma criativa as limitações de design — aprimorando tanto a integridade quanto a confiabilidade do produto final. Com base nessas capacidades de desenvolvimento, a PicoFoundry estabeleceu com sucesso três linhas principais de cartuchos, atendendo às diversas necessidades do mercado.

  • Cartucho com vários chips SERS: essa plataforma está equipada com um total de 96 chips em uma matriz de 12x8, permitindo a análise simultânea de um grande número de amostras. É otimizada para aplicações de alto rendimento, como o desenvolvimento de novos medicamentos e o controle de qualidade, maximizando a eficiência experimental.
  • Cartucho com chip SERS único: um módulo compacto equipado com um único chip. É acoplado a um espectrômetro Raman portátil e utilizado para diagnósticos em campo. Sua facilidade de uso o torna altamente útil em áreas que exigem análise imediata, como medicina, meio ambiente e segurança alimentar.
  • Cartucho com grade de nanocanais: Trata-se de um produto de ponta que maximiza a eficiência de amplificação do sinal Raman ao combinar uma estrutura fina de nanorredes com canais microfluídicos. Ele oferece o melhor desempenho nas áreas de biossensores e análises de precisão que exigem a detecção de substâncias em ultra-traços.
SERS chips in packaging

Conclusão

A PicoFoundry está se destacando rapidamente como líder no mercado de cartuchos de chips SERS, impulsionada por seu principal fator de crescimento: as soluções de impressão 3D da Stratasys. Mas a visão da PicoFoundry vai além disso. No futuro, planejamos ampliar o escopo de aplicação da tecnologia de impressão 3D para a produção de diversos gabaritos e dispositivos de fixação utilizados durante a fase de pesquisa e desenvolvimento — acelerando ainda mais o desenvolvimento de novas plataformas. Nosso objetivo de longo prazo é desenvolver uma plataforma de medição compacta e integrada que possa ser produzida em um único processo usando uma impressora 3D, incorporando o sensor SERS, o chipset e até mesmo estruturas internas complexas. Por meio desses esforços, a PicoFoundry pretende ir além de ser uma fabricante de chips e se tornar uma empresa de plataforma abrangente, oferecendo soluções de sensoriamento totalmente personalizadas aos clientes.