Швейцарские ученые разрабатывают технологию скоростной фотополимерной 3D-печати

Исследователи из лаборатории прикладной фотоники Федеральной политехнической школы Лозанны продвигают технологию высокопроизводительной 3D-печати методом ротационной засветки фотополимерных смол, позволяющую выращивать объекты целиком, а не послойно. Коммерциализацией технологии занимается стартап Readily3D.

Сама технология скорее всего родилась не в Швейцарии, а в США: в начале прошлого года исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) продемонстрировали методику вычислительной аксиальной литографии, в свою очередь основанную на более ранних опытах LLNL по голографической фотополимерной 3D-печати. Изначально исследователи полагались на формирование модели пересекающимися лазерным лучами, но ввиду дороговизны и сложностей с калибровкой решили опробовать альтернативную схему с ротационной засветкой фотополимерных смол.

Швейцарская разработка аналогична вычислительной аксиальной литографии: модель формируется внутри емкости с прозрачным фотополимером за счет последовательного облучения ультрафиолетовым лазерным DLP-проектором. Пока емкость вращается, проектор рисует изображения объекта с разных ракурсов. Для борьбы с паразитной засветкой интенсивность света ограничена: одномоментной проекции для отверждения недостаточно, но при продолжительном облучении одновременно с вращением контейнера в заданных точках накапливаются необходимые световые дозы. В каком-то смысле методика напоминает томографию, только наоборот. Собственно, швейцарские исследователи именуют методику именно «объемным томографическим аддитивным производством».  

Помимо повышенной производительности у такого подхода есть несколько плюсов в сравнении с традиционной стереолитографией. Во-первых, модели выстраиваются не послойно, а целиком, то есть на выходе получаются более прочные, изотропные изделия. Во-вторых, формирование модели происходит во взвешенном состоянии, что позволяет обходиться практически без опорных структур и работать с мягкими, нежными материалами. В-третьих, методика позволяет работать со смолами и гелями высокой вязкости. Использование вязких фотополимеров даже предпочтительно, так как они демонстрируют меньшую степень рассеяния света в рабочей среде с вытекающим снижением паразитной засветки и повышением детализации, а также менее уязвимы к проникновению свободных радикалов и градиентному распределению кислорода, что опять-таки чревато размыванием «картинки».

Сочетание этих факторов делает технологию особенно привлекательной для применения в биомедицине, например 3D-печати гидрогелевых опорных матриксов сложной формы. Печать тех же сосудов, да и вообще любых полых структур на обычных «послойных» 3D-принтерах — достаточно сложная задача ввиду недостаточной прочности изделий, буквально растекающихся под собственным весом, а также проблем с удалением опорных структур из нежных заготовок или созревающих тканевых образцов. Само собой, для биопечати требуются безопасные биосовместимые фотоотверждаемые материалы. 

В ходе экспериментов команде удалось получить изделия размером в один-два сантиметра всего за полминуты или меньше. На формирование арок толщиной около 80 микрон в модели собора Парижской Богоматери на иллюстрации выше потребовалось 19,5 секунд, но на выходе не обошлось без искажений, а трубу кораблика Benchy с внутренним диаметром 500 микрон удалось вырастить за 25 секунд. По результатам опытов практическое разрешение на текущий момент оценивается в 300 микрон. И в том, и в другом случае использовался акриловый фотополимер, а эксперименты по 3D-печати моделей сосудов проводились с использованием фотополимера на основе силикона.

Хотя об уникальности методики говорить уже нельзя, в заслугу швейцарским ученым можно поставить хотя бы тот факт, что они намереваются продолжить совершенствование системы и довести новую технологию до коммерческого уровня. С этой целью уже образован стартап Readily3D, а наработки активно патентуются. Доклад научной команды опубликован в журнале Nature, проследить за развитием проекта можно на официальном сайте Readily3D. Работы в направлении объемной фотополимерной 3D-печати также ведутся американской компанией Daqri и шведским производителем биомедицинских 3D-принтеров Cellink AB.  

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.