Учёные из Университета Юты разработали метод объёмной печати с наномаской, которая формирует лазерную голограмму нужной формы и отверждает материал сразу во всём объёме
Учёные из Университета Юты разработали метод 3D-печати, который позволяет создавать детали без характерных для послойной печати слабых мест на границах слоёв. Вместо последовательного нанесения материала технология использует наномаску, преобразующую лазер в голографический рисунок нужной формы: вся структура затвердевает одновременно примерно за 20 секунд.
Команда под руководством Раджеша Менона (Rajesh Menon), профессора кафедры электротехники и вычислительной техники инженерного колледжа Прайса, и Даджуна Лина (Dajun Lin) продемонстрировала создание нескольких микроструктур, включая массивы микротрубок диаметром до 6 микрометров.
В основе метода лежит принцип фотолитографии — технологии, широко применяемой при производстве микросхем. Учёные использовали материал SU-8, состоящий из длинных полимерных цепочек. Под воздействием лазера эти цепочки соединяются между собой и затвердевают, а необработанные участки затем удаляются, оставляя только нужную форму.
Главная сложность переноса фотолитографии из двух измерений в три заключается в прохождении света через толщу материала. SU-8 не является идеально прозрачным, поэтому лазерный луч отклоняется внутри него, что приводит к потере точности и размытию получаемой структуры. Команда Менона решила эту проблему с помощью наноструктурированной линзы-маски, которая компенсирует рассеивание света и направляет лазерную энергию только в нужные области материала.
С помощью новой системы учёные создали сложные микроструктуры с соотношением размеров до 120:1. Сейчас технология фактически представляет собой «расширенную 2D-печать»: исследователи могут точно управлять формой в двух измерениях, а затем вытягивать её в третье направление. По словам Менона, «наномаска работает как форма для печенья, которая вырезает сложный рисунок из толстого слоя материала, а лазер одновременно запекает его внутри».
В экспериментах команда изготовила решётчатые массивы микротрубок и проверила их механические свойства. Структуры выдерживали испытания на сжатие, а также смогли транпортировать жидкости благодаря капиллярному эффекту — способности жидкости двигаться по узким каналам без внешнего давления.
Учёные продолжают развивать метод, чтобы перейти от создания «вытянутых микроструктур» к полноценной 3D-печати с контролем формы во всех трёх измерениях. Если это удастся, то технология позволит значительно ускорить лазерную печать сложных микродеталей, где сейчас требуется многочасовое послойное изготовление.
