Не обманывайтесь названием. Хотя 3D-принтеры печатают материальные объекты (и довольно хорошо), то, как они выполняют свою работу, на самом деле происходит не в 3D, а скорее в обычном старом 2D.
Работа над переменами – это группа бывших и нынешних исследователей из Института Роуленда в Гарварде.
Во-первых, вот как работает 3D-печать: принтеры кладут плоские слои смолы, которые затвердевают в пластик под воздействием лазерного света, друг на друга, снова и снова снизу вверх. В конце концов объект, например череп, обретает форму. Но если часть отпечатка свисает, например, мост или крыло самолета, для фактической печати требуется какая-то плоская опорная конструкция, иначе смола развалится.
Исследователи представляют метод, который поможет печатникам оправдать свое имя и создать «настоящую» 3D-печать. В новой статье в журнале Nature они описывают технику объемной 3D-печати, которая выходит за рамки многослойного подхода «снизу вверх». Этот процесс устраняет необходимость в опорных конструкциях, поскольку создаваемая им смола является самонесущей.
"Нам было интересно, можем ли мы на самом деле печатать целые тома без необходимости выполнять все эти сложные шаги?" сказал Дэниел Н. Конгрив, доцент Стэнфордского университета и бывший научный сотрудник Института Роуленда, где проводилась большая часть исследований. «Наша цель состояла в том, чтобы использовать просто движущийся лазер для создания трехмерного рисунка и не ограничиваться такой послойной природой вещей."
Ключевым компонентом их нового дизайна является преобразование красного света в синий свет путем добавления процесса преобразования с повышением частоты в смолу, светоактивную жидкость, используемую в 3D-принтерах, которая затвердевает в пластик.
В 3D-печати смола затвердевает по плоской и прямой линии вдоль пути света. Здесь исследователи используют нанокапсулы для добавления химических веществ, чтобы он реагировал только на определенный вид света - синий свет в фокусе лазера, созданный в процессе преобразования с повышением частоты. Этот луч сканируется в трех измерениях, поэтому он печатается таким образом, что его не нужно накладывать на что-либо. Полученная смола имеет большую вязкость, чем при традиционном методе, поэтому после печати она может стоять без подложки.
«Мы разработали смолу, мы разработали систему так, чтобы красный свет ничего не делал», - сказал Конгрив. «Но эта маленькая точка синего света запускает химическую реакцию, которая заставляет смолу затвердевать и превращаться в пластик. По сути, это означает, что у вас есть этот лазер, проходящий через всю систему, и только в этом маленьком синем цвете вы получаете полимеризацию, [только там] вы получаете печать. Мы просто сканируем эту синюю точку в трех измерениях, и везде, где эта синяя точка попадает, она полимеризуется, и вы получаете 3D-печать».
Исследователи использовали свой принтер для создания 3D-логотипа Гарварда, логотипа Стэнфорда и небольшой лодки, что является стандартным, но сложным испытанием для 3D-принтеров из-за небольшого размера лодки и мелких деталей, таких как нависающие иллюминаторы и открытые пространства в каюте.
Исследователи, среди которых был Кристофер Стоукс из Института Роуленда, планируют продолжить разработку системы для увеличения скорости и усовершенствовать ее, чтобы печатать еще более мелкие детали. Потенциал объемной 3D-печати меняет правила игры, потому что он устранит необходимость в сложных опорных конструкциях и значительно ускорит процесс, когда он достигнет своего полного потенциала. Подумайте о «репликаторе» из «Звездного пути», который одновременно материализует объекты.
Но прямо сейчас исследователи знают, что им предстоит еще многое сделать.
«На самом деле мы только начинаем царапать поверхность того, что может сделать эта новая техника», - сказал Конгрив.