При 3D-печати световых листов красный и синий лазерный свет используется для точной и быстрой печати объектов в микрометровом масштабе. Авторы и права: Винсент Хан, KIT

Точная, быстрая и недорогая печать объектов из пластика является целью многих процессов 3D-печати. Однако скорость и высокое разрешение остаются технологическими проблемами. Группа исследователей из Технологического института Карлсруэ (KIT), Гейдельбергского университета и Технологического университета Квинсленда (QUT) прошла долгий путь к достижению этой цели. Компания разработала процесс лазерной печати, который позволяет печатать детали микрометрового размера в мгновение ока. Международная команда опубликовала работу в журнале Nature Photonics.

Стереолитографическая 3D-печать в настоящее время является одним из самых популярных процессов аддитивного производства пластмасс как для частного, так и для промышленного применения. В стереолитографии слои 3D-объекта проецируются один за другим в контейнер, заполненный смолой. Смола отверждается УФ-светом. Однако предыдущие методы стереолитографии работали медленно и имели слишком низкое разрешение. 3D-печать световых листов, которую используют исследователи KIT, является быстрой альтернативой с высоким разрешением.

3D-печать двумя цветами в два этапа

При 3D-печати световым листом синий свет проецируется в контейнер, наполненный жидкой смолой. Синий свет предварительно активирует смолу. На втором этапе красный лазерный луч обеспечивает дополнительную энергию, необходимую для отверждения смолы. Однако 3D-печать позволяет быстро печатать только смолы, которые быстро возвращаются из своего предварительно активированного состояния в исходное состояние. Только после этого можно печатать следующий слой.

Следовательно, время возврата определяет время ожидания между двумя последовательными слоями и, следовательно, скорость печати. «Для смолы, которую мы использовали, время возврата составляло менее 100 микросекунд, что обеспечивает высокую скорость печати», — говорит первый автор Винсент Хан из Института прикладной физики KIT (APH).

Структуры микрометрового размера в мгновение ока

Чтобы воспользоваться преимуществами этой новой смолы, исследователи построили специальный 3D-принтер. В этом принтере синие лазерные диоды используются для проецирования изображений на жидкую смолу с использованием дисплея с высоким разрешением и высокой частотой кадров. Красный лазер превращается в тонкий луч «светового листа» и вертикально пересекает синий луч в смоле.

При таком расположении команда смогла напечатать микрометровые детали за несколько сотен миллисекунд, то есть в мгновение ока. Однако это не должно останавливаться на достигнутом: «С более чувствительными смолами мы могли бы даже использовать светодиоды вместо лазеров в нашем 3D-принтере», — говорит профессор Мартин Вегенер из APH. «В конечном счете, мы хотим печатать 3D-структуры размером в несколько сантиметров, сохраняя микрометровое разрешение и высокую скорость печати ».