Созданы материалы для микроскопической 3D-печати с более точной усадкой
Трёхмерная печать стала революцией в создании сложных конструкций различных размеров, от жилья до слуховых аппаратов. Разновидность 3D-печати, известная двухфотонная лазерная литография или двухфотонная полимеризация (TPL), дала возможность учёным и инженерам воплощать необходимое с микроскопической точностью. Технология задала широкие перспективы для различных отраслей, от медизделий до тяжёлой промышленности.
При создании электроники и коммуникационного оборудования TPL можно использовать для получения новых оптических материалов. Фотонные кристаллы помогают преломлять свет новыми способами. Но на пути к полному успеху применения TPL стояла проблема равномерной усадки и размерности деталей вне пределов видимого спектра, а это было важно для высокотехнологичной «игры» со со светом.
За решение задачи взялись исследователи из Сингапурского университета технологии и дизайна (SUTD) под руководством профессора Джоэла Янга. С коллегами из Центра промышленных технологий префектуры Вакаяма, Япония, они представили метод термической обработки для равномерной усадки полученного путём трёхмерной печати. Технология улучшила возможности TPL для создания высокоточных деталей наномасштаба.
Изобретатели нанесли слой поливинилового спирта (да, разновидности известного нам в быту ПВА) на печатную основу. Тем самым они облегчили перенос напечатанных деталей на отдельную подложку, обеспечив контролируемое и равномерное масштабирование трёхмерных деталей в меньшую сторону. Неплотное крепление к подложке приводит к тому, что вся 3D-«распечатка» равномерно сжимается при нагревании.

Простой, но эффективный подход позволяет обойти проблему неравномерной усадки. Обычно такие погрешности возникают из-за «приставучести» детали к основанию. Разработанный метод также позволяет переносить напечатанные детали микроскопических размеров для совмещения их с другими устройствами или для размещения на подложках, непригодных для TPL.
Янг объяснил, что при работе держал в уме пример из природы: как дождевые черви меняют свои формы и размеры для перемещения. Инженеры хотели, чтобы их 3D-структуры меняли масштабы без искажений в пропорциях.
Соавтор работы Томохиро Мори рассказал, что их метод они с успехом испытали при печати сложной символики родной для учёного японской префектуры Вакаяма. Равномерная усадка крошечных моделей продемонстрировала, что метод можно настроить под создание изделий любой формы, независимо от геометрии или прочности подложки. Печатное оборудование позволило преодолеть прежние барьеры относительно разрешения и жёсткости материалов.
Более того, изобретённый процесс усадки в перспективе позволит повысить детализацию напечатанного настолько, что можно будет печатать цветные изделия из одного материала. Речь идёт о так называемых структурных цветах. Ими отличаются, например, крылья бабочек, им обязана удивительная окраска жуков, вплоть до зеркально-золотистого. Суть структурных цветов не в красителях, а в поверхности, которая благодаря микроскопической текстуре особым образом преломляет свет.
Янг объяснил, что таким путём можно было бы получать, например, материалы с новыми функциями. Включение в структуры молекул, чувствительных к различным типам света, позволит в перспективе создавать вещи, которые меняют цвет в зависимости от освещения. На практике это означало бы успешную борьбу с контрафактом, когда определённые детали или метки попросту невозможно подделать.
А ещё разработанная технология 3D-печати очень пригодилась бы в электронике, для изготовления сложных радиаторов — чтобы охлаждать ультрасовременные графические процессоры.
Усадка компонентов также открывает возможности для создания сложных деталей для механики, оптики и высокоточной акустики.
Также исследователи планируют печатать фотонные кристаллы, совершенствуя лазеры, системы визуализации и оптические датчики.
При создании электроники и коммуникационного оборудования TPL можно использовать для получения новых оптических материалов. Фотонные кристаллы помогают преломлять свет новыми способами. Но на пути к полному успеху применения TPL стояла проблема равномерной усадки и размерности деталей вне пределов видимого спектра, а это было важно для высокотехнологичной «игры» со со светом.
За решение задачи взялись исследователи из Сингапурского университета технологии и дизайна (SUTD) под руководством профессора Джоэла Янга. С коллегами из Центра промышленных технологий префектуры Вакаяма, Япония, они представили метод термической обработки для равномерной усадки полученного путём трёхмерной печати. Технология улучшила возможности TPL для создания высокоточных деталей наномасштаба.
Изобретатели нанесли слой поливинилового спирта (да, разновидности известного нам в быту ПВА) на печатную основу. Тем самым они облегчили перенос напечатанных деталей на отдельную подложку, обеспечив контролируемое и равномерное масштабирование трёхмерных деталей в меньшую сторону. Неплотное крепление к подложке приводит к тому, что вся 3D-«распечатка» равномерно сжимается при нагревании.

Простой, но эффективный подход позволяет обойти проблему неравномерной усадки. Обычно такие погрешности возникают из-за «приставучести» детали к основанию. Разработанный метод также позволяет переносить напечатанные детали микроскопических размеров для совмещения их с другими устройствами или для размещения на подложках, непригодных для TPL.
Янг объяснил, что при работе держал в уме пример из природы: как дождевые черви меняют свои формы и размеры для перемещения. Инженеры хотели, чтобы их 3D-структуры меняли масштабы без искажений в пропорциях.
Соавтор работы Томохиро Мори рассказал, что их метод они с успехом испытали при печати сложной символики родной для учёного японской префектуры Вакаяма. Равномерная усадка крошечных моделей продемонстрировала, что метод можно настроить под создание изделий любой формы, независимо от геометрии или прочности подложки. Печатное оборудование позволило преодолеть прежние барьеры относительно разрешения и жёсткости материалов.
Более того, изобретённый процесс усадки в перспективе позволит повысить детализацию напечатанного настолько, что можно будет печатать цветные изделия из одного материала. Речь идёт о так называемых структурных цветах. Ими отличаются, например, крылья бабочек, им обязана удивительная окраска жуков, вплоть до зеркально-золотистого. Суть структурных цветов не в красителях, а в поверхности, которая благодаря микроскопической текстуре особым образом преломляет свет.
Янг объяснил, что таким путём можно было бы получать, например, материалы с новыми функциями. Включение в структуры молекул, чувствительных к различным типам света, позволит в перспективе создавать вещи, которые меняют цвет в зависимости от освещения. На практике это означало бы успешную борьбу с контрафактом, когда определённые детали или метки попросту невозможно подделать.
А ещё разработанная технология 3D-печати очень пригодилась бы в электронике, для изготовления сложных радиаторов — чтобы охлаждать ультрасовременные графические процессоры.
Усадка компонентов также открывает возможности для создания сложных деталей для механики, оптики и высокоточной акустики.
Также исследователи планируют печатать фотонные кристаллы, совершенствуя лазеры, системы визуализации и оптические датчики.
- Дмитрий Ладыгин
- nature.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Так рано еще никогда не было: полярный вихрь начал разрушаться уже в ноябре. Чем это грозит России?
Ученые давно замечали тревожную тенденцию, но такого поворота не ждали даже они...
Возможно, целлофановые пчелы — спасение человечества: они миллионы лет делают то, что нужно нам как воздух
Поразительно, но удивительный продукт ученые нашли почти полвека назад, но почему-то до последнего времени не обращали на него внимания...
Ненужный рай: 1500-километровое путешествие показало, почему древние люди обходили стороной Зеленую Аравию
Выяснилось, что питьевая вода еще не делает местность пригодной для жилья. Племенам из древности требовалось еще кое-что необходимое...
Ученые использовали «психомантеум», чтобы вызвать призраков. А потом началось странное
Исследователи сами не до конца понимают, что зафиксировали приборы во время эксперимента...
Древние майя настолько любили красный цвет, что в итоге эта страсть, возможно, стала одной из причин гибели цивилизации
Ученые нашли доказательства, как яркая краска способствовала краху великой империи...
Авиация в США наконец-то уходит… с дискет: почему так поздно и как с этим обстоят дела в России?
Американцы потратили на выход из 90-х чудовищные суммы, но далеко не факт, что все заработает в срок и как надо...
Новый рецепт апокалипсиса: даже небольшая ядерная боеголовка на орбите гарантировано выведет из игры 99% аппаратов за считаные дни
Однако самое опасное, по словам ученых, начнется позже. Почему космос будет фактически закрыт?...
Загадочный астероид неожиданно ускорился: у астрофизиков заканчиваются объяснения и гипотезы
Пожалуй, это самый интересный космический детектив за последнее время, и пока он далек до финала...
Настоящий Ковчег Завета, возможно, спрятан в Эфиопии: почему его может видеть только один человек?
Этой истории 3000 лет, но она до сих пор далека от своего завершения...
В России создана революционная упаковка: молоко будет свежим целый месяц
Разбираемся: не испортился ли вкус продукта и когда ожидать чудо-пачки в продаже...
Наша Вселенная скреплена невидимым галактическим клеем: и без него нас бы не было
По словам ученых, «склеивание» произошло уже в первые секунды существования мироздания...
Усиленно боролись за чистоту, но просчитались: как роковая ошибка властей поставила под угрозу целый средневековый город
Норвежский Тронхейм был самым чистым в Европе, однако руководству города этого показалось мало. Хотели как лучше, а получилось как всегда...
Парадокс Древнего Перу: жили мирно, но при этом приносили массовые и жестокие человеческие жертвы. Почему?
Ученый рассказал, какую роль в истории сыграл Эль-Ниньо и почему ритуальные убийства совершали «без гнева и конфликта»...
Назад в будущее: в России вернут проводное радио. Зачем? Почему спорят эксперты?
В технологию уже вложено более миллиарда рублей, а МЧС называет проводное радио лучшим способом оповещения на сегодня...