Технології
Технології

На 3D-принтері надрукували мініатюрний велосипед з рідкого скла

Інженерам вдалося одним шаром надрукувати тривимірний велосипед та Ейфелеву вежу з кварцового скла без пор та тріщин. Новий спосіб 3D-друку з використанням лазера дасть змогу створювати деталізовані тривимірні об’єкти, уникаючи пошарового друку, повідомляють вчені у статті, опублікованій у журналі Optics Letters.

Laurent Gallais, The Fresnel Institute / Ecole Centrale Marseille

Laurent Gallais, The Fresnel Institute / Ecole Centrale Marseille

Чому вчені уникали пошарового друку?

Зазвичай 3D-принтери з’являються там, де необхідно швидко створити предмет потрібної форми, що дає змогу уникнути використання дороговартісного обладнання, тобто коли дешевше надрукувати, аніж звернутися до традиційних способів. Існує кілька видів 3D-друку, які різняться методами та використовуваними матеріалами. Втім, головним чином 3D-принтери працюють за принципом пошарового додавання матеріалу з комп'ютерної тривимірної моделі, віртуально нарізаної на шари. Тобто фактично предмети вирощують шар за шаром. Однак використання традиційного пошарового підходу для створення тривимірних скляних або керамічних об'єктів викликає певні обмеження, адже вони мають високу температуру плавлення.

Так швидкість процесу друку обмежена часом, необхідним для створення шарів, бо створювати шари постійної товщини із високов'язких смол набагато складніше. А для виготовлення деталізованих деталей зазвичай потрібні опори, які необхідно точно розмістити, а потім знімати після затвердіння об'єкта. Тим більше, що хоч 3D-друк по швидкості і випереджає традиційні методи створення предметів, наприклад, заливку форм, навіть у 3D-принтерів на це все одно йде від декількох годин до декількох днів.

Що запропонували натомість?

Підхід вчених заснований на методі багатофотонної літографії. Він зав’язаний на тому, що молекули рідкого мономера можна хімічно видозмінити(зазвичай полімеризувати) за допомогою лазера. Так за правильної модуляції лазера у фокусній плямі можна безпосередньо виготовляти тривимірні деталі розміром від кількох мікрон до десятків сантиметрів з роздільною здатністю, яка теоретично обмежується лише оптикою, використовуваною для формування лазерного променя.

Багатофотонна полімеризація дає змогу уникнути пошарового підходу, однак, матеріал для друку має бути прозорим на довжині хвилі лазера як під час початкової рідкої фази, так і після полімеризації. Також він повинен поглинати лазерне світло на половині довжини хвилі лазера, щоб ініціювати процес затвердіння. За словами вчених, критично важливим для цього методу є використання інтенсивних коротких імпульсів, які зможуть створити нелінійну фотополімеризацію з високою точністю і без теплових ефектів. Тому вони використовували потужний ультракороткий лазер.

З чого надрукували велосипед?

Для велосипеда і Ейфелевої вежі вчені використали суміш, яка містить фотохімічний ініціатор для поглинання лазерного світла, смолу і високу концентрацію наночастинок діоксиду кремнію. Вона добре реагує на лазерне світло, а висока в'язкість дає змогу формувати тривимірну деталь без проблем з деформацією та не вимагає додаткової підтримки під час друку. Цей підхід потенційно може бути використаний для виробництва майже будь-якого типу тривимірного скляного об'єкта, повідомляють дослідники, у тому числі і для оптичних приладів, годинників або просто скляних декоративних виробів.