В 3D‑печати появился подход, способный серьезно изменить производственные процессы. Американские исследователи разработали метод, позволяющий формировать объемные изделия целиком, а не по слоям — за счет этого удается исключить негерметичные швы, которые нередко снижают надежность напечатанных деталей.
Суть метода — в использовании наноразмерной «маски», которая особым образом преломляет лазерный свет и формирует голографический узор заданной формы. Благодаря такой схеме лазер одновременно сплавляет материал во всем нужном объеме: на создание объекта может уходить всего 7,5 секунды. Это резко контрастирует с традиционными методами, где печать нередко занимает несколько часов.
На первых этапах команда отрабатывала технологию на массивах микротрубок — удавалось получать структуры с диаметром до шести микрометров и соотношением размеров до 120:1. Такие тонкие и вытянутые элементы служили хорошей проверкой точности метода. Затем исследователи перешли к более сложным задачам и научились создавать фигуры с полыми пустотами вдоль нескольких осей — в частности, полые цилиндры и кубы. Эти примеры показывают, что технология пригодна и для более крупных объектов.
Мы регулируем прохождение света через смолу таким образом, чтобы были яркие участки, где мы хотим, чтобы происходило отверждение, — сплошные участки печати, — и более темные участки, где отверждения не происходит.
Ключевую роль играет не только оптика, но и состав материала: для печати используют специальную смолу, чьи молекулярные нити сшиваются и затвердевают под действием лазера. При этом воздействие света и само отверждение происходят в разных временных масштабах — свет действует намного быстрее. Эту разницу ученые используют для точного контроля формы: с помощью компьютерного моделирования они проектируют фотомаски так, чтобы темные зоны оставались незатвердевшими и формировали нужные пустоты.
Еще одна техническая сложность — размытие лазерного луча из‑за преломления в подложке. Наноструктурированная маска компенсирует эти искажения и направляет энергию строго в нужные участки объема. Метод берет свое начало в принципах фотолитографии, но адаптирован для трехмерного пространства: если в классической фотолитографии свет воздействует только на поверхность, то здесь он проходит сквозь материал и соединяет нужные зоны внутри него.
Новая технология открывает возможность быстро печатать изделия сложной геометрии — в том числе с тонкими стенками и внутренними полостями, и без потери прочности и точности.
Ранее Наука Mail рассказывала, что 3D-печать помогла создать батарею с рекордной емкостью