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
Туннель Путина — Трампа с Чукотки на Аляску: что нам ждать после подписания соглашения?
На самом деле, этот проект справил 135-летний юбилей. Неужели человечество наконец-то доросло до тоннеля между Евразией и Америкой?...
Третье пророчество китайского Нострадамуса: почему Иран победит США
Два предсказания уже сбылось, когда ждать исполнения третьего прогноза...
Обломок взорвавшейся планеты размером с Луну нашли в самом сердце Сахары
Откуда он там взялся и что вообще творилось на заре существования Солнечной системы?...
7000-летняя загадка: полный ров обезглавленных скелетов обнаружен в Словакии
Археологи в растерянности: совершенно непонятно, кто и зачем изъял черепа у 77 человек...
МКС снова переехала: почему в этом «виноваты» русские?
Без российских кораблей международная станция давно бы упала и сгорела...
Взрыв «лунной» ракеты остановил США: Китай выходит вперед?
Эксперты говорят: катастрофа отбросила американскую лунную программу на несколько лет назад...
Тайны «северной столицы»: чем поразил археологов главный город гуннов?
Этот мегаполис вообще не должен был существовать, так как нарушает все правила...
Жизнью мы обязаны Юпитеру: почему эта планета отметилась в ДНК каждого из нас?
Американские ученые полностью переписали одну из главных страниц в истории Земли...
Российские дроны заглянули под землю: какие тайны раскрыл древнеримский город Парион?
Ученые копают здесь уже 20 лет, но прорыв случился, когда россияне применили новейшие технологии...
Боевые комары Пентагона: детали секретного проекта наконец-то раскрыты
Почему эксперты признают: у этих экспериментов был большой потенциал?...
Тайна аномальных снегопадов в Антарктиде раскрыта: виноваты невидимые «реки»
Ученым придется пересмотреть все климатические модели Шестого континента. Кстати, снега там будет выпадать с каждым годом все больше...
5000 лет исторической тайны: кто жил на Дону до славян, рассказали археологи
95 образцов, 11 курганов, 10 стоянок полностью переписали прежнюю хронологию...