Революция в 3D-печати: метод объемного формирования деталей за 20 секунд
Исследователи из Университета Юты представили инновационную технологию 3D-печати, которая полностью исключает главный недостаток традиционных методов — слабость конструкции на границах слоев. Благодаря новому подходу детали не создаются послойно, а затвердевают во всем объеме одновременно всего за 20 секунд.
Разработкой руководили профессор кафедры электротехники и вычислительной техники инженерного колледжа Прайса Раджеш Менон и ученый Даджун Лин. В рамках демонстрации возможностей технологии команда успешно изготовила сложные микроструктуры, включая массивы микротрубок, диаметр которых составляет всего 6 микрометров.
Технология наномаски и фотолитография
В основу метода легли принципы фотолитографии, широко применяемой в производстве полупроводниковых микросхем. В качестве рабочего материала используется полимер SU-8, состоящий из длинных молекулярных цепочек. Под воздействием лазерного излучения эти цепочки связываются друг с другом, образуя твердую структуру, а незатронутые участки материала просто удаляются.
Ключевым вызовом при масштабировании фотолитографии до третьего измерения стало поведение света при прохождении через толщу полимера. Поскольку материал SU-8 не обладает идеальной прозрачностью, лазерный луч внутри него отклоняется, что приводит к размытию и потере детализации. Группа профессора Менона решила эту проблему, разработав специальную наноструктурированную линзу-маску. Она корректирует рассеивание света, фокусируя энергию лазера строго в заданных точках.
Эффективность и перспективы метода
Применение наномаски позволило создавать детали с соотношением сторон до 120:1. На текущем этапе технология представляет собой «расширенную 2D-печать»: система формирует сложный рисунок в двух плоскостях, который затем вытягивается в третье измерение. Раджеш Менон сравнивает этот процесс с использованием формы для вырезания печенья, где лазер выступает инструментом, одновременно «запекающим» структуру по всей глубине.
Проведенные механические испытания подтвердили надежность полученных объектов. Созданные массивы микротрубок успешно выдержали нагрузки на сжатие и продемонстрировали отличную способность к транспортировке жидкостей посредством капиллярного эффекта.
Дальнейшие исследования команды направлены на переход от создания «вытянутых» структур к полноценной печати с полным контролем геометрии во всех трех измерениях. В случае успеха это позволит кардинально ускорить производство микроскопических деталей, заменив многочасовые послойные циклы быстрым объемным формованием.
