3D-принтер обеспечивает наноразрешение

Печать трёхмерных объектов с невероятной детализацией стала возможной благодаря использованию «двухфотонной литографии», которая позволяет фабриковать структуры нанометрового размера (ну как тут нашего Левшу не вспомнить, который не только подковал блоху, но ещё и на каждой подкове что-то написал, а вот теперь и заграница подтянулась!). Исследователи из Венского технологического университета (Австрия) совершили настоящий прорыв: продемонстрированная ими высокоточная 3D-печать на порядок быстрее работы устройств-аналогов.

Не кажется ли вам, что это открывает совершенно новые области возможных применений, включая медицину? Венский 3D-принтер использует жидкую резину, которая затвердевает точно в той точке, на которой сфокусировался лазерный луч. Фокальная точка лазерного луча движется сквозь резину, направляемая зеркалами, и оставляет после себя линию твёрдого полимера шириной всего в несколько сотен нанометров. Столь высокое разрешение позволяет создавать хитросплетенные скульптуры размером не больше песчинок. Столь впечатляющий прогресс в скорости печати стал возможен благодаря соединению нескольких свежих идей. Прежде всего было чрезвычайно важно улучшить контроль над механизмом зеркал, которые находятся в постоянном движении во время печати.

 Во-вторых, 3D-печать — это не только механика; не менее важную роль в общем успехе проекта сыграли химики. Не надо забывать, что, по сути, печать — это хорошо спланированный процесс управляемой полимеризации, в котором «инициатор», активируемый светом лазера, запускает цепную реакцию полимеризации мономерных компонентов жидкой резины. Но сам по себе «инициатор» не так банален, как может показаться. Это вещество активируется лишь при одновременном поглощении сразу двух фотонов — и этот весьма маловероятный процесс может произойти только в самом центре лазерного луча, где достигается наивысшая интенсивность.

Вероятность события уменьшается пропорционально четвертой степени расстояния от центра луча. Скорость активации «инициатора» и запускаемой им полимеризации также являются определяющими факторами для общей динамики всего процесса. Именно такой высокоэффективный «инициатор», требующий для своей активации не один, а сразу два поглощённых фотона, был разработан специально для этого проекта группой химиков под руководством Роберта Лиски. Поскольку скорость процесса значительно возросла, метод может применяться для печати и более крупных объектов, выполняя работу за вполне приемлемое время.

Это делает технику двухфотонной литографии интересной для промышленного использования. Сейчас исследователи из Венского технологического университета разрабатывают биосовместимые резины для медицинских применений — к примеру, для печати поддерживающих каркасов, на которых живые клетки могли бы самоорганизовываться для воссоздания биологических тканей. Кроме того, 3D-принтер может пригодиться при создании высокоточных конструкций для биомедицины и разнообразных нанотехнологий. Подготовлено по материалам Венского технологического университета.

Схема работы 3D-принтера, печатающего по технологии «двухфотонной литографии» (иллюстрация LaserFocusWorld).

Сотрудники научной группы Ян Торгерсен и Питер Грубер, работавшие над проектом, рядом с 3D-принтером (фото Vienna University of Technology). Внизу — результаты их трудов.

Хочешь узнать больше - читай отзывы

science.compulenta.ru