3D-принтер Университета Юты печатает микродетали за 20 секунд без слабых швов

Учёные из Университета Юты показали способ 3D-печати микродеталей, который убирает одну из самых неприятных проблем послойного производства — слабые границы между слоями. Тут объект не наращивают шаг за шагом. Нужную форму сразу засвечивают внутри полимера голографическим рисунком, и вся структура твердеет примерно за 20 секунд.

Команда под руководством Раджеша Менона и Даджуна Лина взяла схему, похожую на фотолитографию, которую используют при производстве чипов. В качестве материала выбрали SU-8 — фоторезист, хорошо знакомый тем, кто работает с микроэлектромеханическими системами. Лазер запускает сшивание длинных полимерных цепочек, потом незасвечённые участки смывают, и остаётся готовая микроструктура.

Самый любопытный элемент здесь — наноструктурированная линза-маска. Она собирает лазерный луч в нужный пространственный рисунок и одновременно компенсирует рассеивание света внутри материала, который сам по себе не идеально прозрачен. В результате исследователи получили структуры с соотношением размеров до 120:1, в том числе массивы микротрубок диаметром до 6 микрометров.

Пока это всё же больше похоже на «вытянутую» 3D-печать, чем на свободное формирование объекта во всех направлениях. Рисунок точно задают в двух измерениях, а потом достраивают по третьей оси. В тестах такие структуры выдержали сжатие и смогли проводить жидкость за счёт капиллярного эффекта — без внешнего давления.

Для отрасли это важная штука, потому что микропечать обычно застревает между скоростью и точностью. Возьмём двухфотонную полимеризацию: системы вроде тех, на которых работает австрийская Nanoscribe, дают очень высокое разрешение, но печатают точка за точкой, а сложные детали могут делать часами. И вот тут многие лаборатории — от MIT до Caltech — как раз и пытаются уйти от сканирования по траектории к объёмному отверждению сразу целого участка материала.

Если группе Менона удастся добавить полноценный контроль формы во всех трёх измерениях, у технологии появятся вполне понятные применения: микрофлюидика, медицинские импланты, микрооптика. Там нужны мелкие детали без механически слабых стыков, и это как раз тот случай, где разница между 20 секундами и несколькими часами уже ощущается не на бумаге, а в работе. А рынок аддитивного производства, между прочим, давно измеряется десятками миллиардов долларов.