3D-принтер с высочайшим разрешением бьёт рекорды скорости в Венском техническом университете.
Печать трёхмерных объектов с невероятной детализацией стала возможной благодаря технологии «двухфотонной литографии». Она позволяет создавать мельчайшие объекты нанометрового масштаба. Исследователи Венского технического университета (ВТУ) сделали серьёзный прорыв, увеличив скорость этой технологии. Их высокоточный 3D-принтер на несколько порядков быстрее других подобных устройств (смотрите видео). Это открывает совершенно новые области применения, такие, как медицина.
Видео демонстрирует процесс 3D-печати в реальном времени. Благодаря очень быстрым движениям лазерного луча, 100 слоёв, примерно по 200 линий каждый, печатаются за четыре минуты.
Новый мировой рекорд
3D-принтер использует жидкую смолу, которая затвердевает в нужных местах благодаря высокоточному лазерному лучу. Фокусирующая точка лазера смещается с помощью нескольких зеркал, оставляя за собой полоску затвердевшего полимера шириной всего в несколько сотен нанометров. Такое высокое разрешение позволяет производить сложные объекты размером с песчинку. «Раньше данный метод производства был довольно медленным», — говорит профессор Юрген Стампфл (Jürgen Stampfl) из института материаловедения и технологии ВТУ. — «Скорость печати измерялась в миллиметрах в секунду. Скорость нашего устройства — пять метров в секунду». Это мировой рекорд для двухфотонной литографии.
Такой удивительный прогресс стал возможен благодаря сочетанию нескольких новых идей. «Главную роль сыграло улучшение механизма управления зеркалами», — говорит Ян Торгерсен (Jan Torgersen) из ВТУ. Зеркала постоянно находятся в движении, а тонкая настройка периодов их ускорения и замедления помогла достичь высокоточных результатов при рекордной скорости.
Фотоактивные молекулы
В 3D-печати главное не только механика — химия также играет немаловажную роль. «Смола содержит молекулы, которые активизируются под воздействием лазерного излучения. Они вызывают цепную реакцию в других компонентах, так называемых мономерах, что приводит к их затвердеванию», — говорит Ян Торгерсен. Эти молекулы-инициаторы активизируются только при поглощении двух лазерных фотонов, что становится возможным только в самой середине луча, где интенсивность излучения выше. В отличие от обычных методов 3D-печати, твёрдую материю можно создавать где угодно, а не только поверх следующего слоя. Таким образом, перед созданием слоя не нужно заранее подготавливать рабочую поверхность, что позволяет сэкономить много времени. Команда химиков под руководством профессора Роберта Лиски (Robert Liska) разработала подходящие инициаторы специального для нужного типа смолы.
Исследователи по всему миру работают над технологиями 3D-печати, как в университетах, так и на производстве. «В ВТУ наше преимущество в том, что у нас есть эксперты во множестве различных областей, и мы можем подойти к решению проблемы с разных сторон», — подчёркивает Юрген Стампфл. Материаловедение, инженерия, оптимизация источников света — все эксперты работают сообща и вдохновляют друг друга на новые идеи.
Благодаря такому увеличению скорости, теперь можно создавать объекты большего масштаба за тот же период времени. Это делает двухфотонную литографию интересной технологией для промышленности. Учёные из ВТУ работают над созданием биологически совместимой смолы для медицинского применения. Она может использоваться для создания объектов, к которым будут присоединяться живые клетки, что облегчит систематическое создание биологических тканей. Также 3D-принтеры могут использоваться для создания индивидуальных конструктивных деталей в нанотехнологиях или биомедицине.