Революционный 3D-принтер изготовляет идеальные детали всего за 20 секунд

Исследователи из Университета Юты разработали метод объемной печати с использованием наномаски, который формирует лазерную голограмму необходимой формы и одновременно отверждает материал по всему объему

Наука и космос408 июл 22:39

Исследователи из Университета Юты создали метод 3D-печати, позволяющий изготавливать детали без характерных для послойной печати уязвимостей на границах слоев. Вместо последовательного наложения материала, новая технология применяет наномаску, преобразующую лазерный луч в голографическое изображение нужной формы: вся структура затвердевает одновременно за примерно 20 секунд.

Команда под руководством Раджеша Менона (Rajesh Menon), профессора кафедры электротехники и вычислительной техники инженерного колледжа Прайса, и Даджуна Лина (Dajun Lin) продемонстрировала создание нескольких микроструктур, включая массивы микротрубок диаметром до 6 микрометров.

Метод основан на принципе фотолитографии — технологии, широко используемой в производстве микросхем. Исследователи применили материал SU-8, состоящий из длинных полимерных цепей. При воздействии лазера эти цепи соединяются друг с другом и затвердевают, а необработанные участки затем удаляются, оставляя только нужную форму.

Главная сложность переноса фотолитографии из 2D в 3D заключается в прохождении света через толщу материала. SU-8 не является абсолютно прозрачным, поэтому лазерный луч преломляется внутри него, что приводит к потере точности и размытию получаемой структуры. Команда Менона решила эту проблему с помощью наноструктурированной линзы-маски, которая компенсирует рассеяние света и фокусирует лазерную энергию только на нужных участках материала.

С помощью новой системы исследователи создали сложные микроструктуры с соотношением размеров до 120:1. В настоящее время технология фактически представляет собой «расширенную 2D-печать»: ученые могут точно контролировать форму в двух измерениях, а затем вытягивать ее в третьем направлении. По словам Менона, «наномаска функционирует как форма для печенья, которая вырезает сложный узор из толстого слоя материала, а лазер одновременно запекает его внутри».

В ходе экспериментов команда изготовила решетчатые массивы микротрубок и проверила их механические свойства. Структуры выдерживали испытания на сжатие и могли транспортировать жидкости благодаря капиллярному эффекту — способности жидкости двигаться по узким каналам без внешнего давления.

Исследователи продолжают развивать метод, чтобы перейти от создания «вытянутых микроструктур» к полноценной 3D-печати с контролем формы во всех трех измерениях. Если это удастся, то технология значительно ускорит лазерную печать сложных микродеталей, где в настоящее время требуется многочасовое послойное изготовление.

Darth SaharaИсточники:Nature CommunicationsНаука и космос43D-печатьМикроструктурыЛитография08 июл 22:39