Революционная 3D-печать создает миллиметровые объекты за секунду

В работе, опубликованной в журнале Nature, команда представила систему, которую они называют цифровым некогерентным синтезом голографических световых полей (DISH). В отличие от традиционной послойной сборки объектов, подход DISH предполагает формирование полного трехмерного светового узора внутри неподвижного объема смолы.

Существующие объемные методы печати, такие как вычислительная аксиальная литография (CAL), обычно требуют вращения либо источника света, либо образца при проецировании узоров в светочувствительную смолу. Это добавляет механическую сложность, ограничивает скорость и стабильность процесса, а также часто требует более густых смол, чтобы напечатанные структуры не смещались до затвердевания.

Метод DISH полностью исключает вращение контейнера со смолой. Вместо этого система использует быстро вращающийся оптический перископ, который, по данным авторов, совершает до десяти оборотов в секунду, проецируя несколько световых узоров с разных углов. Эти узоры формируются с помощью цифрового микрозеркального устройства и направляются в смолу через единственный плоский оптический интерфейс.

Комбинируя проекции в быстрой последовательности, система создает полное трехмерное распределение интенсивности света, которое затвердевает всю структуру практически одновременно.

Согласно статье, объекты размером в миллиметр можно напечатать всего за 0,6 секунды. Объемная скорость печати достигает 333 кубических миллиметра в секунду, при этом минимальный размер деталей составляет около 12 микрометров. Также отмечается сохранение разрешения примерно 19 микрометров на глубине до одного сантиметра, что превышает типичные ограничения глубины резкости стандартной оптики.

Для достижения таких результатов исследователи использовали итеративную оптимизацию голографических узоров для каждой проекции, уточняя накопление световой энергии внутри объема смолы.

Технология пока находится на экспериментальной стадии, но потенциальные области применения широки. Высокоскоростное производство на этом масштабе может быть полезно для микрооптических компонентов, небольших роботизированных систем, гибкой электроники и биомедицинских каркасов.