Крошечная цепочка, напечатанная на 3D-принтере с использованием новой системы
Хотя 3D-печать действительно является развивающейся технологией, она ограничена тем фактом, что изделия, как правило, можно печатать только из одного материала. В новой системе по-прежнему используется только одна печатная смола, но при необходимости это вещество может превращаться в два разных твёрдых материала.
Когда большинство из нас думает о 3D-печати, мы представляем себе технологию, известную как моделирование методом послойного наплавления (FDM). В двух словах, принтеры FDM создают объекты с помощью сопла, которое перемещается взад и вперёд по рабочей поверхности, последовательно нанося слои расплавленного термопластика.
Однако, когда скорость и/или точность детализации особенно важны, вместо этого можно использовать процесс, называемый фотополимеризацией в чане (VP).
Этот метод заключается в том, что через прозрачные стенки чана с фоточувствительной смолой пропускается сфокусированный световой поток. В результате отдельные участки смолы полимеризуются, образуя слои твёрдого материала. Готовый твёрдый предмет извлекается из чана, а оставшаяся смола остаётся жидкой.
При использовании VP для печати объектов со сложными элементами, такими как выступы и арки, часто добавляются структурные опоры, чтобы эти элементы не прогибались по мере наращивания. После завершения печати эти опоры необходимо вручную вырезать из готового объекта. Это довольно сложный процесс, в ходе которого изделие может быть случайно повреждено.
Вот тут-то и появляется новая экспериментальная система VP.
Разработанный учёными из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL), он использует смолу, состоящую в основном из эпоксидной и акриловой мономеров. В нём также используется принтер, который одновременно излучает ультрафиолетовый и видимый свет. При этом за счёт независимого наклона микрозеркал в принтере под разными углами два световых луча можно направлять в разные пиксели каждого слоя печати.
Там, где смола подвергается воздействию УФ-излучения, эпоксидные мономеры затвердевают, образуя постоянные части объекта. А там, где смола подвергается воздействию видимого света, акриловые мономеры затвердевают, образуя опорные конструкции. Важно отметить, что эти опоры — и только эти опоры — растворяются в течение 15 минут, когда объект погружают в раствор гидроксида натрия (щёлочи).
Ученые уже использовали эту технологию для печати таких объектов, как шахматная доска, крест, цепь, шар в клетке и два шара в спирали. В будущем ее можно будет использовать для создания более практичных объектов, таких как каркасы для тканевой инженерии, суставы и шарниры.
«Фотополимеризация в чане известна своей быстрой печатью с высоким разрешением, но одна из самых нервных моментов после печати — это удаление вручную опор для сложных переплетённых и выступающих структур», — говорит Максим Шустефф из LLNL, который руководил исследованием вместе с Сицзя Хуанг из LLNL. «Мы очень рады, что можем использовать простую химию для решения этой проблемы».
Исследование описано в статье, недавно опубликованной в журнале ACS Central Science.