Вместо того чтобы строить объект слой за слоем, как это делают обычные 3D-принтеры американские инженеры предложили принципиально иной подход. Они печатают сразу весь объем — с помощью одного лазерного импульса и голографического изображения.
Процесс занимает меньше десяти секунд. Традиционные лазерные методы могут растягиваться на часы. Новая разработка позволяет создавать сложные трехмерные конструкции с пустотами внутри, причем пустоты могут проходить сразу в нескольких направлениях. Раньше такая возможность была ограничена: в предыдущей версии технологии полости получались только по длине и ширине, но не по высоте. Теперь же это полноценный 3D-результат.
Технология строится на двух компонентах: инвертированной фазовой маске, кодирующей геометрию в свете, и специальной фотополимерной смоле. Состав смолы гарантирует, что свет проникает на нужную глубину, а энергия выделяется только в местах будущего отверждения. Там, где должны быть пустоты, свет гасится, предотвращая перекрестную полимеризацию.
Инженеры также решили проблему размытости, связанную с дифракцией. Они установили перед лазером наномаску, которая фокусирует луч строго на тех участках, которые войдут в финальную деталь. В итоге за одну экспозицию длительностью 7,5 секунды удается напечатать, например, полый цилиндр или куб с разрешением около 24 микрон на элемент. Производительность — примерно один кубический миллиметр в секунду.
Метод масштабируем: если увеличить размер фазовой маски, оставив шаг пикселя около микрона, можно наращивать количество обрабатываемых элементов без потери скорости. По сути, авторы работы предлагают способ обойти главное узкое место аддитивных технологий — последовательный характер печати. Вместо этого — одновременное формирование всего объема.
Пока технология применяется в микрооптике, биомедицинских каркасах и прецизионных деталях среднего размера. Но сам принцип открывает дорогу к гораздо более быстрому и полностью параллельному производству — и в науке, и в промышленности.
Читайте также:
Из 100 млн вариантов найдены шесть способов печати ракетного сплава на 3D-принтерах
Ядерные реакторы планируют печатать на 3D-принтере
Напечатанный на 3D-принтере ракетный двигатель снизит стоимость вывода спутников на орбиту