Новый метод 3D-печати совместил разные материалы и работает внутри изделий

Учёные из Института датчиков, сигналов и систем Университета Хериот-Ватт в Эдинбурге разработали передовую технологию 3D-печати. Коллектив под руководством Хосе Маркеса-Уэсо, создала новый метод, который использует ближний инфракрасный свет (NIR) для создания сложных структур из множества разных материалов.


Разработчики добились этого за счёт улучшения хорошо зарекомендовавшей себя стереолитографии. Типичный 3D-принтер обычно воздействует синим или ультрафиолетовым лазером на жидкую смолу, которая затем выборочно затвердевает, слой за слоем, для создания желаемой формы. Но основным недостатком привычного подхода были ограничения при смешивании материалов.

Отличие нового проекта из Шотландии в том, что учёные используют источник света NIR, способный печатать на большей глубине в резервуаре со смолой без необходимости в послойной обработке. Достижение открывает огромные возможности для промышленности, особенно для тех, кто использует спецдетали, например, в здравоохранении и электротехнике.

Хосе Маркес-Уэсо объяснил, что новизна их метода заключается в использовании NIR для печати в материалах на глубине более 5 см. Он напомнил, что обычная технология объёмной печати имеет ограничение по глубине около 0,1 мм. Изобретение позволяет печатать одним материалом, а затем добавлять второй, отверждая его в любом месте 3D-пространства, а не только на внешних поверхностях.


— Хосе Маркес-Уэсо, руководитель проекта многоматериальной 3D-печати электронных схем с использованием фотополимера и селективной металлизации.

Исследователь из Университета Хериот-Ватт Адилет Жакеев работал над проектом почти три года. Он добавил к пояснениям коллеги, что технология моделирования методом наплавленного осаждения (FDM) ещё ранее позволяла смешивать материалы. Но FDM отличается низким разрешением, при котором слои видны. А световая технология — стереолитография — обеспечивают гладкие образцы с разрешением менее пяти микрометров.

Учёные говорят, что основной компонент их проекта — это разработка инженерных смол с наночастицами для оптического преобразования. Наночастицы поглощают инфракрасные фотоны и преобразуют их в синие фотоны, которые затвердевают в смоле. Явление «нелинейное», то есть синие фотоны могут быть получены в основном в фокусе лазера, а не по пути через него. По этой причине NIR может проникать глубоко в материал, как если бы он был прозрачным, и затвердевать внутри.

Новый метод 3D-печати позволяет совмещать в одном изделии несколько материалов с разными свойствами, например, гибкие эластомеры и жёсткий акрил, что полезно для многих предприятий, в тои числа при производстве обуви. Изобретённая технология открывает множество новых возможностей, таких как 3D-печать объектов внутри полостей, восстановление сломанных объектов и даже биопечать под кожей.

Маркес-Уэсо добавил, что ранее учёные разработали смолу, которую можно выборочно покрывать медью. Объединив обе технологии, теперь они могут создавать на 3D-принтере изделия из двух различных смол и выборочно покрывать только одну из них медью, используя для омеднения ванночку с раствором.

То есть они могут создавать интегральные схемы, что очень полезно для электронной промышленности. К тому же затраты на технологию на удивление низкие. Полный комплект принтера можно собрать менее чем за 400 фунтов стерлингов. Например, для другой передовой технологии — двухфотонной полимеризация (2PP) — нужны дорогостоящие сверхбыстрые лазеры за десятки тысяч в британской валюте.