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Caso di studio

Stampa 3D di cartucce personalizzate per chip SERS presso PicoFoundry


Stampante 3D Stratasys presso PicoFoundry

Confronto diretto: Stampa 3D LCD vs DLP

Abbiamo stampato su schermi LCD e DLP, così potrai vedere con i tuoi occhi come si confrontano fianco a fianco.

Profilo del cliente

Fondata nel 2018 da docenti e laureati del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), PicoFoundry è un’azienda innovativa che sta attirando l’attenzione nel settore del Deep Tech. PicoFoundry ha commercializzato con successo un chip per la spettroscopia Raman potenziata dalla superficie (SERS) utilizzando la propria tecnologia proprietaria di “stampa a nanotrasferimento termico”.

La tecnologia SERS consente il rilevamento rapido e accurato di sostanze in tracce, rendendola estremamente promettente in diversi campi quali la sicurezza alimentare, il monitoraggio ambientale e la diagnosi precoce delle malattie. PicoFoundry è stata la prima al mondo a produrre in serie con successo chip SERS utilizzando la tecnologia di stampa a trasferimento. Nel 2020 ha avviato le vendite commerciali e attualmente fornisce prodotti a oltre 70 istituti di ricerca e aziende in tutto il mondo, affermandosi come leader di mercato indiscusso nel settore.

Diagram of SERS chip production

Sfida

Sebbene il chip SERS di PicoFoundry fosse tecnicamente avanzato, ha dovuto affrontare notevoli difficoltà nel potenziare la commercializzazione. Ciò è dovuto al fatto che anche i chip SERS di alta precisione non possono essere utilizzati immediatamente dagli utenti finali in contesti sperimentali.

Per massimizzare le prestazioni del chip e migliorare la praticità d’uso, è essenziale disporre di una cartuccia robusta, in grado sia di proteggere il chip sia di fissarlo con precisione all’apparecchiatura analitica. Il problema era che ogni cliente utilizzava apparecchiature di spettroscopia Raman diverse, pertanto PicoFoundry doveva sviluppare un’ampia gamma di cartucce personalizzate per soddisfare specifiche variabili.

Durante la fase iniziale di ingresso nel mercato, la produzione di numerosi tipi di cartucce in piccole quantità poneva sfide economiche quando si utilizzava lo stampaggio a iniezione tradizionale. La sola produzione degli stampi può costare decine di migliaia di dollari e richiedere diversi mesi, creando un ostacolo significativo per le startup, per le quali le rapide iterazioni di progettazione e i test di mercato sono fondamentali. Anche la lavorazione CNC presenta dei limiti: è meno adatta alla creazione di strutture interne complesse e comporta l’ulteriore svantaggio di costi di produzione elevati.

Examples of chips

Prima dell’avvento delle stampanti 3D, modificare il design delle cartucce era praticamente impossibile, mentre ora è possibile creare e valutare campioni in tempo reale. La Stampa 3D offre un elevato grado di libertà nella progettazione personalizzata, consentendo di ottimizzare il design in base alle dimensioni del chip SERS richieste dal cliente e all’apparecchiatura spettroscopica utilizzata, rendendo possibile una produzione su misura precisa e adattata all’uso previsto.

Impatto

Da quando ha implementato le soluzioni di stampa 3D Stratasys, PicoFoundry ha registrato notevoli miglioramenti nella velocità di sviluppo prodotti e nella flessibilità di progettazione, ampliando al contempo il proprio portafoglio prodotti con una gamma di tipi di cartucce. In precedenza, la creazione di nuovi prototipi tramite la modifica dei progetti delle cartucce richiedeva tempi e costi significativi. Ora, i progetti richiesti possono essere stampati e testati immediatamente. Il ciclo di sviluppo è stato notevolmente abbreviato grazie alla produzione di campioni che riflettono le modifiche progettuali in tempo reale e all’identificazione immediata dei problemi e alla definizione di piani di miglioramento. Questa capacità di prototipazione rapida ha ridotto significativamente i tempi di sviluppo dei prodotti e ha garantito una maggiore flessibilità nel rispondere alle modifiche progettuali. Convalidando ripetutamente i prototipi realizzati con una stampante 3D, il team è riuscito a superare in modo creativo i limiti di progettazione, migliorando sia la completezza che l’affidabilità del prodotto finale. Grazie a queste capacità di sviluppo, PicoFoundry ha creato con successo tre linee di prodotti principali di cartucce, rispondendo alle diverse esigenze del mercato.

  • Cartuccia con chip Multi-SERS: questa piattaforma è dotata di un totale di 96 chip disposti in una matrice 12x8, che consente l’analisi simultanea di un gran numero di campioni. È ottimizzata per applicazioni ad alta produttività, quali lo sviluppo di nuovi farmaci e il controllo qualità, massimizzando l’efficienza sperimentale.
  • Cartuccia con singolo chip SERS: un modulo compatto dotato di un singolo chip. È abbinata a uno spettrometro Raman portatile e utilizzata per la diagnostica sul campo. La sua facilità d’uso la rende estremamente utile in settori che richiedono analisi immediate, quali quello medico, ambientale e della sicurezza alimentare.
  • Cartuccia con reticolo a nanocanali: si tratta di un prodotto di fascia alta che massimizza l’efficienza di amplificazione del segnale Raman combinando una struttura a nanoreticolo fine con canali microfluidici. Offre le migliori prestazioni nei settori dei biosensori e delle analisi di precisione che richiedono il rilevamento di sostanze in tracce minime.
SERS chips in packaging

Conclusione

PicoFoundry si sta rapidamente affermando come leader nel mercato delle cartucce per chip SERS, grazie al suo principale motore di crescita: le soluzioni di stampa 3D Stratasys. Ma la visione di PicoFoundry va oltre. In futuro, intendiamo ampliare l’ambito di applicazione della tecnologia di stampa 3D alla produzione di varie attrezzature e strumenti di produzione utilizzati durante la fase di ricerca e sviluppo, accelerando ulteriormente lo sviluppo di nuove piattaforme. Il nostro obiettivo a lungo termine è sviluppare una piattaforma di misurazione compatta e integrata, realizzabile in un unico processo tramite una stampante 3D, che incorpori il sensore SERS, il chipset e persino complesse strutture interne. Grazie a questi sforzi, PicoFoundry punta a trasformarsi da semplice azienda manifatturiera di chip in un’azienda di piattaforme a tutto tondo, in grado di fornire ai clienti soluzioni di rilevamento completamente personalizzate.