Учёные из Университета Юты разработали новый метод объёмной 3D-печати, который позволяет создавать сложные микроструктуры не послойно, а сразу — за одно экспонирование. В основе технологии лежит голографическое формирование светового поля: вместо перемещения лазерной головки или последовательного нанесения тысяч слоёв используется специальная маска, превращающая луч лазера в трёхмерный световой рисунок внутри фотополимера.

Ключевой особенностью системы стал механизм компенсации оптических искажений, возникающих при прохождении света через толстый слой фоточувствительного материала. Обычная фотолитография хорошо работает только на поверхности, поскольку при проникновении лазера в глубину прозрачного, но отнюдь не однородного полимера лучи рассеиваются и изображение теряет резкость. Для компенсации таких дефектов учёные написали программу построения фазовой маски, которая заранее корректирует эти искажения и направляет энергию лазера только в нужные области. В качестве рабочего материала использовался фотополимер SU-8, в котором молекулярные цепочки сшиваются под действием света и превращают жидкий состав в твёрдую структуру.

Во время экспериментов прототип 3D-принтера создавал ажурные конструкции, массивы микротрубочек и элементы с размерами отдельных деталей около 6 мкм. Вызовом стала печать полых элементов по высоте, с чем исследователи в конечном итоге справились. Печать осуществлялась со скоростью 1 мм³/с с разрешением 24 мкм на один воксель. В каждом кубическом миллиметре модели было 10⁵ вокселей. Модели создавались сразу во всём своём объёме за считанные секунды, например, на изготовление миллиметровых цилиндров и кубов уходило по 7,5 с. При этом модели были механически прочные и отвечали своим задачам, в частности, напечатанные микротрубочки работали как капилляры по перекачке жидкостей.

Разработчики считают, что в будущем голографическая печать может найти применение при массовом изготовлении микрофлюидных устройств, включая медицинского назначения, компонентов микроэлектромеханических систем (MEMS), оптических элементов и метаматериалов с заранее заданными свойствами.

Источник:

Материалы по теме

Материалы по теме