Лазер и голограммы помогли ускорить 3D-печать в сотни раз

Прорыв в микроскопическом производстве

Исследователи из Университета Юты (США) разработали революционную технологию 3D-печати, способную создавать сложные микроструктуры за один лазерный импульс. Вместо традиционного послойного формирования объекта новая система одновременно «проявляет» всю трёхмерную конструкцию, сокращая время изготовления до примерно 20 секунд.

Как работает новая технология

В основе инновации лежит специальная наноструктурированная голографическая маска, преобразующая лазерный луч в объёмное световое поле, соответствующее форме будущей детали. Проходя через неё, лазер одновременно засвечивает необходимые области фоточувствительного полимера SU-8, мгновенно формируя внутри материала готовую трёхмерную структуру.

Ключевым элементом установки стала разработанная учёными нанолинза, выполняющая функцию голографической маски. Она компенсирует рассеяние света внутри материала и концентрирует лазерную энергию только в тех областях, где должна образоваться будущая деталь. Этот подход позволяет отказаться от послойной печати, траебующей часы, и исключить дефектные стыки между слоями.

Результаты испытаний

В ходе экспериментов команда изготовила массивы микротрубок диаметром около 6 микрометров, при этом их длина превышала диаметр примерно в 120 раз. Несмотря на высокое соотношение длины к толщине, конструкции продемонстрировали хорошую механическую устойчивость и выдерживали сжатие.

Созданные микроканалы способны транспортировать жидкости благодаря капиллярному эффекту. Эксперименты также показали возможность непрерывного производства: исследователи успешно продемонстрировали последовательное изготовление нескольких микродеталей без перенастройки системы.

Перспективы применения

Технология открывает перспективы для производства микрофлюидных систем, лабораторий на чипе, компонентов микроэлектроники, миниатюрных сенсоров и других высокоточных устройств. Исследование, возглавлявшее профессор электротехники и компьютерных технологий Раджеш Менон, было опубликовано 4 июня в журнале Nature Communications.

На текущем этапе разработчики отмечают ограничения по точному управлению геометрией во всех трёх измерениях. Как описывает Менон, их печать сейчас является «расширенным 2D», а не настоящим 3D: форма контрлируется по длине и ширине, а высота формируется продольным выращиванием структуры.

Команда уже работает над созданием полноценной системы трёхмерной печати, сохраняющей высокую скорость и точность метода. Новый способ может произвести революцию в производстве микрочипов, медицинских имплантатов и лабораторных устройств на чипе, сделав их изготовление быстрым, дешёвым и без потери качества.