Исследователи из Университета Юты показали 3D-печать, где микродеталь появляется почти целиком за один лазерный импульс, а не собирается слой за слоем. На всё уходит около 20 секунд. И главное тут даже не скорость, а то, что почти исчезает слабое место обычной печати — границы между слоями. Если технологию доведут до полноценного контроля по всем трём осям, она может пригодиться для микрофлюидики, микроэлектроники и «лабораторий на чипе».
В основе метода — наноструктурированная маска. Она превращает лазерный луч в объёмную голографическую проекцию будущей детали. Свет сразу засвечивает нужные области в фоточувствительном полимере SU-8 и формирует структуру внутри материала. По сути, это родня фотолитографии из производства чипов, только здесь её приспособили не для плоского рисунка на поверхности, а для объёмного объекта.
Основной элемент установки, нанолинза-маска, компенсирует рассеивание света внутри полимера и направляет энергию в расчётные зоны. За счёт этого исследователи напечатали массивы микротрубок диаметром около 6 мкм. Для масштаба: человеческий волос обычно имеет толщину 50—70 мкм, то есть речь идёт о структурах примерно в десять раз тоньше. При этом длина трубок в 120 раз превышала их диаметр, а механическая прочность оставалась высокой.
Авторы показали и ещё одну вещь: напечатанные микроканалы способны перемещать жидкость за счёт капиллярного эффекта. Отсюда уже понятны и микрофлюидные системы, и сенсоры, и медицинские чипы. На таких задачах скорость особенно чувствительна. Обычные методы микро-3D-печати, включая двухфотонную полимеризацию, часто строят детали точка за точкой и легко уходят в минуты или часы на сопоставимые структуры, а коммерческие системы Nanoscribe и Boston Micro Fabrication как раз работают в этом узком, очень точном сегменте.
Есть и ещё один любопытный результат — последовательная печать нескольких деталей подряд. Это уже похоже не на разовый лабораторный трюк, а на заготовку для более непрерывного производства микрокомпонентов. Ограничение, впрочем, тоже никуда не делось: сейчас система уверенно контролирует лишь два пространственных измерения, хотя на выходе всё равно получаются полноценные объёмные формы.
Интерес к таким решениям легко объяснить смежными рынками. По оценкам отраслевых аналитиков, мировой рынок микрофлюидики уже измеряется десятками миллиардов долларов, а спрос подогревают диагностика, носимая электроника и миниатюрные биолаборатории. Для команды из Юты следующий шаг понятен: полноценная 3D-печать без потери скорости. Если это получится, у микроаддитивного производства появится редкое сочетание — тонкая геометрия и темп, который больше напоминает фотолитографию, чем классический принтер.