Разработана технология голографической лазерной 3D-печати, позволяющая печатать объемные объекты сложной формы в одну стадию, а не послойно, что значительно уменьшает время печати. Она основана на использовании трех перпендикулярных лазерных лучей, в местах пересечения которых фотополимер затвердевает раньше, чем в остальных. Ученые показали, что в некоторых случаях на печать таким методом уходит несколько секунд, сообщается в исследовании, опубликованном в журнале Science Advances.

Обычно при 3D-печати печатающая головка или лазерный луч последовательно перемещается вдоль слоя печатаемого объекта, а затем повторяет эту процедуру для каждого слоя. Это позволяет создавать объекты очень сложной формы, которые иногда невозможно получить с помощью отливки в форму или других традиционных методов. Но такой подход имеет и недостаток — из-за постоянного перемещения в плоскости слоя и между слоями принтер тратит очень много времени даже на создание относительно небольших объектов.

Lawrence Livermore National Laboratory / YouTube

Схема установки и примеры напечатанных объектов. Maxim Shusteff et al. / Science Advances, 2017

Исследователи под руководством Кристофера Спадаччини (Christopher Spadaccini) из Ливерморской национальной лаборатории США разработали новый метод 3D-печати, который позволяет печатать весь объект за один этап, что значительно ускоряет процесс печати. В нем в качестве сырья для печати используется фотополимер, который затвердевает при облучении интенсивным светом определенной длины волны. Этот полимер помещается в кювету и облучается лазером.

Затвердевание частей конструкции в зависимости от времени облучения. Maxim Shusteff et al. / Science Advances, 2017

Для того, чтобы придать печатаемому объекту нужную форму, исследователи собрали установку, в которой лазерный луч попадает на пространственный модулятор, изменяющий его фазу, а затем расщепляется на три луча, которые попадают в кювету перпендикулярно друг к другу. Поскольку фотополимер затвердевает не мгновенно, изначально застывают только его части, находящиеся на пересечении лучей. Таким образом ученые добились печати всего изделия одновременно, а не послойно.

За счет такой техники ученые смогли напечатать объекты с разрешением около нескольких сотен микрометров за несколько десятков секунд. Они считают, что в будущем разрешение можно будет увеличить до 20 микрометров.

Недавно исследователи из Ливерморской национальной лаборатории разработали новую технологию 3D-печати металлом, в которой лазерный луч одновременно спекает целый слой материала, а не последовательно проходит по его поверхности. А другие американские инженеры ускорили в несколько раз скорость 3D-принтеров, использующих метод послойного наплавления, оптимизировав конструкцию печатающей головки.

Автор: Григорий Копиев