Новая технология позволяет печатать в день до миллиона деталей размером с пылинки
Изделия, которые научились получать методом объёмной печати, настолько малы, что для невооружённого глаза выглядят как пыль. Это не просто демонстрация возможностей: изделия такого масштаба используют для доставки в организм лекарств и вакцин, в микроэлектронике, в качестве абразивов на фабриках и в других отраслях. Однако до недавних пор массовая 3D-печать таких деталей была труднодоступной, так как нуждалась в точном соответствии между пучком излучения, движениями принтера и свойствами смолы, то есть материала для изделий.
Исследователи из Стэнфордского университета, Калифорния, представили эффективную технологию, которая позволяет с точностью печатать до миллиона микрочастиц в день заданной формы, да ещё с высокой детализацией.
Джейсон Кроненфельд — кандидат наук в Стэнфорде и сотрудник базирующейся там же лаборатории от компании DeSimone, и он же — ведущий автор статьи о достижении в издании Nature. Кроненфельд рассказал, что основа для изобретённой техники печати известна как система непрерывного жидкого производства (CLIP).
В русскоязычной литературе также встречаются варианты перевода «непрерывное создание жидкого интерфейса» и «непрерывное производство жидких межфазных поверхностей». Метод представили в 2015 году специалисты той же компании DeSimone. CLIP использует ультрафиолет, проецируемый заданными «окнами», для быстрого отверждения смолы в виде изделий желаемой формы. Иными словами, технология основана на проницаемом для кислорода «окне» над проектором ультрафиолетового излучения. Это создаёт «мёртвую зону», которая предотвращает отверждение жидкой смолы и её прилипание, куда не нужно. В результате можно отверждать очень мелкие детали, не прерываясь на каждый слой, что приводит к более быстрой печати.
Ранее, другими словами, изначальный метод CLIP в версии 2015 года описывали так. Процесс начинается с ванночки с жидкой фотополимерной смолой. Дно ванночки частично, «окнами», проницаемо для ультрафиолета. Луч проходит через «окно», как бы рисуя точную проекцию объекта. При этом ультрафиолетовое излучение делает смолу твёрдой, то есть отверждает её. Печатаемый объект поднимается достаточно медленно, чтобы смола могла стекать под него. Там, внизу, расположена проницаемая для кислорода мембрана, которая создает «мертвую зону», то есть препятствует прилипание смолы туда, куда не следует.
Процесс, который изобрели в итоге в Стэнфорде, означает массовое производство изделий уникальных форм размерами меньше толщины человеческого волоса, которое напоминает конвейер. Всё начинается с натяжения плёнки, которая затем отправляется на принтер с технологией CLIP. С помощь принтера на плёнке одновременно «проявляют» сотни фигурок. А затем сборочная линия перемещается для промывки, отверждения и отделения деталек — этапы, которые можно настроить в зависимости от заданной геометрии и используемого материала.

Затем цикл повторяется: после сбора с неё готовых деталек пустая плёнка возвращается «на круги своя», что даёт всему процессу название roll-to-roll CLIP, то есть «CLIP ролик за роликом», для краткости — r2rCLIP. После отладки и благодаря автоматизации r2rCLIP перестала быть медленным и трудоёмким процессом и теперь обеспечивает беспрецедентную скорость производства до 1 млн микроизделий в день.
Для создания объектов на 3D-принтерах характерны компромиссы между масштабом и скоростью. Так, существуют способы 3D-печати вещиц куда меньших размеров, даже наноуровня — но медленнее. Напротив, макроскопическая, то есть крупномасштабная, 3D-печать уже не в диковинку при массовом производстве обуви, товаров для дома, деталей механизмов, зубных протезов, слуховых аппаратов и так далее, и тому подобное. Так вот, исследователи из Стэнфорда на базе лаборатории DeSimone объединили и то, и другое: едва видимые масштабы и промышленную скорость производства.
Изобретатели экспериментировали с получением изделий твёрдых, из керамики, и мягких, из гидрогелей. Первые претендуют, например, на перспективы в микроэлектронике, а вторые могли бы послужить для доставки лекарств в организм.
Исследователи надеются, что технология r2rCLIP получит широкое распространение у их коллег-учёных и в промышленности.
Исследователи из Стэнфордского университета, Калифорния, представили эффективную технологию, которая позволяет с точностью печатать до миллиона микрочастиц в день заданной формы, да ещё с высокой детализацией.
Джейсон Кроненфельд — кандидат наук в Стэнфорде и сотрудник базирующейся там же лаборатории от компании DeSimone, и он же — ведущий автор статьи о достижении в издании Nature. Кроненфельд рассказал, что основа для изобретённой техники печати известна как система непрерывного жидкого производства (CLIP).
В русскоязычной литературе также встречаются варианты перевода «непрерывное создание жидкого интерфейса» и «непрерывное производство жидких межфазных поверхностей». Метод представили в 2015 году специалисты той же компании DeSimone. CLIP использует ультрафиолет, проецируемый заданными «окнами», для быстрого отверждения смолы в виде изделий желаемой формы. Иными словами, технология основана на проницаемом для кислорода «окне» над проектором ультрафиолетового излучения. Это создаёт «мёртвую зону», которая предотвращает отверждение жидкой смолы и её прилипание, куда не нужно. В результате можно отверждать очень мелкие детали, не прерываясь на каждый слой, что приводит к более быстрой печати.
Ранее, другими словами, изначальный метод CLIP в версии 2015 года описывали так. Процесс начинается с ванночки с жидкой фотополимерной смолой. Дно ванночки частично, «окнами», проницаемо для ультрафиолета. Луч проходит через «окно», как бы рисуя точную проекцию объекта. При этом ультрафиолетовое излучение делает смолу твёрдой, то есть отверждает её. Печатаемый объект поднимается достаточно медленно, чтобы смола могла стекать под него. Там, внизу, расположена проницаемая для кислорода мембрана, которая создает «мертвую зону», то есть препятствует прилипание смолы туда, куда не следует.
Процесс, который изобрели в итоге в Стэнфорде, означает массовое производство изделий уникальных форм размерами меньше толщины человеческого волоса, которое напоминает конвейер. Всё начинается с натяжения плёнки, которая затем отправляется на принтер с технологией CLIP. С помощь принтера на плёнке одновременно «проявляют» сотни фигурок. А затем сборочная линия перемещается для промывки, отверждения и отделения деталек — этапы, которые можно настроить в зависимости от заданной геометрии и используемого материала.

Затем цикл повторяется: после сбора с неё готовых деталек пустая плёнка возвращается «на круги своя», что даёт всему процессу название roll-to-roll CLIP, то есть «CLIP ролик за роликом», для краткости — r2rCLIP. После отладки и благодаря автоматизации r2rCLIP перестала быть медленным и трудоёмким процессом и теперь обеспечивает беспрецедентную скорость производства до 1 млн микроизделий в день.
Для создания объектов на 3D-принтерах характерны компромиссы между масштабом и скоростью. Так, существуют способы 3D-печати вещиц куда меньших размеров, даже наноуровня — но медленнее. Напротив, макроскопическая, то есть крупномасштабная, 3D-печать уже не в диковинку при массовом производстве обуви, товаров для дома, деталей механизмов, зубных протезов, слуховых аппаратов и так далее, и тому подобное. Так вот, исследователи из Стэнфорда на базе лаборатории DeSimone объединили и то, и другое: едва видимые масштабы и промышленную скорость производства.
Мы соблюдаем точный баланс между скоростью и разрешением
— Джейсон Кроненфельд, кандидат наук в Стэнфорде и сотрудник лаборатории DeSimone.
— Джейсон Кроненфельд, кандидат наук в Стэнфорде и сотрудник лаборатории DeSimone.
Изобретатели экспериментировали с получением изделий твёрдых, из керамики, и мягких, из гидрогелей. Первые претендуют, например, на перспективы в микроэлектронике, а вторые могли бы послужить для доставки лекарств в организм.
Исследователи надеются, что технология r2rCLIP получит широкое распространение у их коллег-учёных и в промышленности.
- Дмитрий Ладыгин
- phys.org; nature.com/articles/s41586-024-07061-4
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...