Новый световой 3D-принтер создаёт миллиметровые объекты за долю секунды

Исследовательская группа из Университета Цинхуа сообщила о разработке метода 3D-печати, способного создавать объекты миллиметрового масштаба менее чем за секунду. Это значительный прорыв по сравнению с большинством существующих объёмных технологий.

Работа, опубликованная в журнале Nature, представляет систему, которую команда назвала цифровым некогерентным синтезом голографических световых полей (DISH). Этот подход фокусируется на генерации полного трёхмерного светового паттерна внутри неподвижного объёма фотополимерной смолы, а не на послойном построении объекта.

Многие существующие методы объёмной печати, такие как компьютерная аксиальная литография (CAL), требуют вращения либо источника света, либо образца при проецировании паттернов в светочувствительную смолу. Это вращение добавляет механической сложности и может ограничивать скорость и стабильность. Кроме того, оно часто требует использования более вязких смол, чтобы предотвратить смещение печатаемых структур до их затвердевания.

Метод DISH полностью исключает вращение контейнера со смолой. Вместо этого система использует быстро вращающийся оптический перископ, который, как сообщается, вращается со скоростью до 10 раз в секунду, чтобы проецировать несколько световых паттернов под разными углами. Эти паттерны генерируются цифровым микрозеркальным устройством и направляются в смолу через единый плоский оптический интерфейс.

Комбинируя эти проекции в быстрой последовательности, система формирует полное 3D-распределение интенсивности света, которое отверждает всю структуру практически мгновенно.

Согласно статье, объекты миллиметрового масштаба могут быть напечатаны всего за 0,6 секунды. Заявленная скорость объёмной печати достигает 333 кубических миллиметра в секунду, с минимальным размером деталей около 12 микрометров. Команда также сообщает о сохранении разрешения приблизительно 19 микрометров на глубине в один сантиметр, что превышает типичные ограничения глубины резкости стандартной оптики.

Для достижения этого результата исследователи использовали итеративную оптимизацию голографических паттернов для каждого угла проекции, совершенствуя то, как световая энергия накапливается в объёме смолы.

Технология всё ещё находится на экспериментальной стадии, но потенциальные области применения широки. Высокоскоростное изготовление в таком масштабе может быть актуально для микрооптических компонентов, небольших роботизированных систем, гибкой электроники и биомедицинских каркасов.

Станет ли DISH коммерчески жизнеспособным, покажет время. Но как доказательство концепции он расширяет границы представлений о том, на что может быть похоже быстрое аддитивное производство.

Это достижение является частью глобального тренда на ускорение и миниатюризацию 3D-печати. В последние годы мы видели прогресс в печати металлами, биоматериалами и даже бетоном, но скорость часто оставалась узким местом для мелкомасштабных деталей. Технологии, подобные DISH, могут открыть двери для массового производства микроустройств по индивидуальному заказу, что раньше было экономически нецелесообразно.