Скоростная микропечать: немецкие ученые разрабатывают гибридный лазерно-проекторный 3D-принтер

Ученые Института лазерных технологий общества Фраунгофера (Fraunhofer ILT) разрабатывают гибридный лазерно-проекторный фотополимерный 3D-принтер, одновременно обеспечивающий достаточно высокую производительность и возможность детализации на субмикронной шкале. Рассказываем, что они задумали.Работы над новой гибридной системой ведутся в рамках проекта HoPro-3D с развернутым названием «Высокая производительность и детализация в аддитивном производстве за счет комбинирования ультрафиолетовой и мультифотонной полимеризации». По сути, речь идет о совмещении технологий цифровой проекторной стереолитографии (SLA-DLP) и мультифотонной литографии.

Зачем? Для начала разберемся, что из себя представляют эти технологии. SLA-DLP — хорошо знакомая любителям, хотя в основном применяемая в достаточно дорогих аддитивных системах профессионального уровня методика, основанная на отверждении фотополимеров цифровыми проекторами со светодиодной подсветкой, где проектор задает форму последовательных слоев. Эта методика выгодно отличается повышенной производительностью в сравнении с конкурентной технологией лазерной стереолитографии (SLA), где слои вычерчиваются точка за точкой с помощью одного или нескольких лазерных излучателей. С другой стороны, лазерные системы дают более высокую точность и разрешение, чем проекторные варианты. Одна из разновидностей лазерной стереолитографии — это многофотонная литография, где облучение фотополимера производится буквально единичными фотонами, воксел за вокселом, что позволяет достигать субмикронного разрешения, но с очень низкой производительностью. Помимо высокой детализации возможна и печать без опорных структур и даже во взвешенном состоянии: например, в двухфотонных литографических системах необходимая для отверждения интенсивность света достигается в точке пересечения фотонов с двух излучателей. Другими словами, по одиночке фотоны могут беспрепятственно проходить сквозь толщу материала, а при пересечении в заданных точках — возбуждать процесс полимеризации.

Теперь вернемся к показателям производительности и разрешения. В случае с проекторными системами можно наращивать деталь в высоту со скоростью в несколько десятков миллиметров в час, причем по всей площади рабочей поверхности одновременно, в чем и состоит основное преимущество перед лазерными аналогами. Разрешение при этом измеряется в десятках микрон. А вот многофотонная литография дает разрешение уже порядка ста нанометров, но с производительностью на уровне каких-то десяти кубических микрометров в секунду. И здесь пора задать резонный вопрос: а зачем забивать гвозди микроскопом? Представьте, что речь идет о 3D-печати, например, лабораторной микрожидкостной системы. Основную массу такого изделия вполне можно напечатать на приличной скорости методом проекторной стереолитографии, а сверхвысокое разрешение требуется лишь на отдельных участках — там, где необходимо сформировать микроскопические каналы.

Подобный подход можно найти и в технологии 3D-печати полимерными прутками (FDM/FFF): некоторые слайсеры позволяют менять параметры наплавления пластика таким образом, чтобы формирование поверхностей и мелких деталей осуществлялось соплом малого диаметра и на малой скорости ради высокого качества, а заполнение внутреннего объема — головкой с широким соплом ради экономии времени. Как поясняют разработчики, в настоящее время осуществляется постройка опытного аппарата с 365-нанометровым ультрафиолетовым HD-проектором и фемтосекундной лазерной системой, а также разработка специального программного обеспечения, в задачи которого, в частности, будет входит анализ CAD-моделей с автоматическим определением моментов, когда необходимо переключаться с одной методики печати на другую. В качестве примеров применения рассматривается производство интегрированной оптики сложной формы, микрожидкостных систем, опорных структур в тканевой инженерии и так далее. Трехлетняя исследовательская и опытно-конструкторская программа запущена в ноябре прошлого года и финансируется Европейским фондом регионального развития.

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.