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
Новое исследование показало: Стоунхендж столетиями «водил за нос». Похоже, историю опять придется переписывать
Оказалось, что сенсация скрывалась в огромном круге, состоящем из загадочных шахт...
Людовик XIV умер совсем не от гангрены: ученые сумели раскрыть истину лишь 310 лет спустя
Эксперты говорят: французский король был обречен. Медикам того времени была совершенно неизвестна его болезнь...
Необъяснимые аномалии в тайге на Дальнем Востоке: читаем походные дневники военного разведчика и писателя Владимира Арсеньева
Часть первая: свет в ночном море, мираж «фата-моргана» и почти моментальное замерзание воды...
ЦРУ, море в пустыне и нефть: кто и зачем остановил проект Египта на 60 лет?
Часть вторая: Холодная война, 200 ядерных взрывов и 15 миллиардов, которые могут все изменить...
Меньше трех дней до конца света на орбите: почему программа CRASH Clock бьет тревогу?
Сотрудники Маска уверяют, что у них все под контролем. Но эксперты сравнивают орбиту с карточным домиком. Кто же прав?...
Что стоит за таинственными аномалиями в дальневосточной тайге? Продолжаем читать походные дневники военного разведчика и писателя Владимира Арсеньева
Часть вторая: снежная гроза, феномен моретрясения и встреча со «снежным человеком»...
Египет хотел создать МОРЕ в пустыне Сахара: почему проект заморозили на 60 лет?
Часть первая: Реальный шанс спастись от всемирного потопа...
Российский ученый уверен, что максимально приблизился к разгадке тайны шаровой молнии
Похоже, наука ошибалась: это не плазменный сгусток, а «живой кристалл» из частиц-призраков...
Темная сторона Рима: выяснилось, что Империя веками «выкачивала» здоровье из покоренных народов
Новые находки заставили ученых признать: для простых людей римский «прогресс» был скорее приговором, чем спасением. Но почему же так вышло?...
Загадочная письменность Б из пещер у Мертвого моря наконец-то расшифрована
Ученые «ломали» древний шифр эпохи Христа более 70 лет, но результат разочаровал многих. Почему?...
Встречи с неведомым: завершаем чтение дневников разведчика и писателя Владимира Арсеньева
Часть третья: таинственный огонь в лесу, свет из облаков, призрак в тумане и странный дым на море...
Парадокс Великой Зеленой стены: Китай посадил 78 миллиардов новых деревьев, но климат стал только хуже. Как так вышло?
Ученые назвали причины, почему самый грандиозный экологический проект за всю историю в итоге обернулся головной болью для миллионов китайских граждан...
Первая «чернокожая британка» оказалась белой: новое исследование заставило историков полностью пересмотреть портрет женщины из Бичи-Хед
Почему ученые так сильно ошиблись с ее внешностью? И стоит ли после этого доверять реконструкциям по ДНК?...