В университете Юты (США) ученые разработали новый метод 3D-печати, который решает главную проблему традиционных технологий — протекающие швы и долгое время изготовления. Вместо послойного наращивания материала, занимающего часы, новый подход создает готовое изделие целиком всего за 20 секунд. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Секрет метода — в специальной наномаске, которая превращает луч лазера в голографический узор нужной формы. Этот узор одновременно засвечивает и затвердевает весь объем печатного материала, подобно тому как печать одним ударом ставится на документ. Это исключает появление дефектных стыков между слоями. Ученые использовали полимер, молекулы которого сшиваются и твердеют под действием света. Незасвеченные остатки просто смываются, оставляя аккуратную трехмерную деталь.
Главная сложность при переходе от плоской печати к объемной была в том, что лазерный луч, проходя сквозь материал, неизбежно искажается и дает размытие. Чтобы обойти это, инженеры создали маску со встроенной системой микролинз, которая компенсирует все искажения и направляет энергию лазера точно в заданную область внутри заготовки.
В ходе экспериментов ученые напечатали множество сложных микроструктур — например, решетки из микроскопических трубочек диаметром всего 6 микрометров и с соотношением высоты к ширине до 120:1. Полученные изделия оказались физически прочными: они выдерживали сжатие и, что важно, могли транспортировать жидкости благодаря капиллярному эффекту. Это открывает перспективы для создания микрофлюидных устройств и фильтров.
На нынешнем этапе технология позволяет программировать форму изделия лишь по длине и ширине. Третье измерение (высота) формируется не путем точного управления, а за счет продольного «выращивания» структуры вдоль лазерного луча. Поэтому авторы называют такие объекты «двумерными, развернутыми в глубину». Тем не менее команда уже работает над тем, чтобы добиться полноценного контроля во всех трех направлениях и сделать технологию по-настоящему объемной. Новый способ может произвести революцию в производстве микрочипов, медицинских имплантатов и лабораторных устройств на чипе, сделав их изготовление быстрым, дешевым и без потери качества.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что 3D-печать помогла создать батарею с рекордной емкостью.