3D-принтеры, которые печатаются в миллиметрах и больше, уже используются в промышленных процессах. Однако многие приложения требуют точной печати в микрометровом масштабе и значительно более высокой скорости печати. Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) разработали систему, которая может использоваться для печати высокоточных объектов сантиметрового размера с деталями субмикронного размера с беспрецедентной скоростью. Они представляют эту систему в специальном томе журнала Advanced Functional Materials. (DOI: 10.1002 / adfm.201907795).
Новый мировой рекорд с метаматериалом
Исследователи напечатали структуру сетки 60 кубических миллиметров с деталями вплоть до микрометровой шкалы, которая содержит более 300 миллиардов вокселей - воксель является трехмерным аналогом пикселя в 2D-печати. «С печатью этого метаматериала мы бьем рекорд, который был достигнут с помощью крыльев самолетов с 3D-печатью, - новый мировой рекорд», - объясняет профессор Мартин Вегенер, представитель Cluster of Excellence 3D Matter Made To Order (3DMM2O), в рамках которого система был развит.
Подсказка для семинара
Семинар по 3D-печати в прямом цифровом производстве рассказывает о технологиях, пригодности и требованиях к 3D-печати и дает участникам обзор развития, возможностей и ограничений.
Вот как работает система 3D
При таком типе 3D-печати световое пятно лазера проходит через жидкий фоторезист под управлением компьютера. Только материал в фокусе лазера подвергается воздействию и отверждению. Здесь фокусные точки соответствуют соплам в струйном принтере, с той разницей, что они работают в трех измерениях.
Это создает высокоточные филигранные структуры для различных областей применения, таких как оптика и фотоника, материаловедение, биотехнология или технологии безопасности. На сегодняшний день одно лазерное световое пятно производит несколько сотен тысяч вокселей в секунду, что почти в сто раз медленнее, чем графические струйные принтеры.
Десять миллионов вокселей в секунду
В системе, разработанной учеными KIT, лазерный луч делится на девять частичных лучей с помощью специальной оптики. Они связаны в один фокус. Все девять частичных лучей могут использоваться параллельно, и благодаря усовершенствованному электронному управлению они также могут перемещаться намного быстрее, чем раньше. Благодаря ряду других технических улучшений исследователи в области 3D-печати смогли достичь скорости печати около десяти миллионов вокселей в секунду. Система работает так же быстро, как и струйный графический 2D-принтер.
Тем не менее, исследования и разработки в KIT продолжаются под высоким давлением. «В конце концов, 3D-принтеры хотят печатать не только лист, но и толстые книги», - говорит Хан. Достижения в области химии были особенно необходимы для этого, например, необходимо разработать более чувствительные фоторезисты, чтобы иметь возможность создавать еще больше фокусных точек с одинаковой мощностью лазера.