Исследователи создали смолу для 3D-микропечати, застывающую под действием красного и синего лазеров

Группа исследователей из Технологического института Карлсруэ (KIT), Гейдельбергского университета (оба - Германия) и Технологического университета Квинсленда (Австралия) разработала специальную смолу и специализированный 3D-принтер, позволяющий быстро создавать микроструктуры.

"Существующие 3D-принтеры для микропечати используют двухфотонное поглощение, метод, впервые примененный Шоджи Маруо, - говорит Винсент Хан из Института прикладной физики KIT. - Большинство двухфотонных 3D-принтеров печатают воксели последовательно, по одному вокселю за раз. Чтобы распараллелить 3D-микропечать, мы позаимствовали концепцию "светового листа" (light sheet), широко используемую в микроскопическом сообществе, который представляет собой плоский лазерный луч, похожий на "лист" света".

В большинстве методов фотополимерной 3D-печати для застывания смолы используется источник света с одной длиной волны (одного цвета). Но в данном случае смола, полученная учеными, застывает только при одновременном облучении светом двух разных цветов - красным и синим лазерными лучами, 660 и 440 нм соответственно.

"Синий лазер проецирует слои 3D-объекта и переводит смолу из первозданного состояния в инертное промежуточное состояние, - говорит Винсент Хан из Института прикладной физики KIT. - Затем лазерный луч в форме листа красного света запускает процесс затвердевания. Но во всех местах, не освещенных красным лазером, смола в конце концов релаксирует и возвращается из промежуточного состояния обратно в начальное состояние".

Этот процесс релаксации занимает время и может ограничить общую скорость печати. "Представленная нами смола релаксирует менее чем за миллисекунду, что более чем на три порядка быстрее, чем предыдущие смолы, - говорит Ханн. Как отмечается в статье, опубликованной в Nature (доступ платный), пиковая скорость печати достигнутая учеными составила 7 × 106 вокселей при объеме вокселя 0,55 кубических мкм.

Вместе со смолой команда также разработала специальный 3D-принтер, способный использовать быстрое время релаксации смолы. Этот принтер использует синие лазерные диоды для проецирования изображений в жидкую смолу через дисплей высокого разрешения с высокой частотой кадров, а красный лазер формируется в тонкий луч светового листа, который пересекает синий луч вертикально внутри смолы.

По словам Ханн, одной из проблем, к которой сейчас столкнулись ученые является потеря разрешения 3D-печати при длительной печати.