Большинство 3д-принтеров имеют общий недостаток – невысокую скорость печати. Все дело в принципе аддитивного производства, где создание объекта происходит слой за слоем. Но новая технология голографической 3д-печати позволяет создать готовую модель буквально за несколько секунд.
Технологии объемной печати на основе света для полимеризации рабочего материала обычно используют лазер, но, как и все остальные установки объемной печати, они работают послойно. Если бы лазер насквозь просвечивал весь материал, процесс шел бы намного быстрее.
Но что, если применить несколько менее мощных лазеров, которые бы при условии их пересечения трансформировали смолу в отвердевшее состояние? Именно эту методику разработала команда ученых во главе с исследователями из Ливерморской национальной лаборатории.
Данная логика была опробована в других областях: благодаря наложению друг на друга лучей света, звука и излучения, выбранная область подвергалась максимальному влиянию, при этом прилегающие к ней участки остались фактически в исходном состоянии. То есть лазеры воздействуют исключительно на заданную площадь материала.
Это достигается благодаря точному расположению 3 лучей света – такому, чтобы они пересекались друг с другом и создавали интерференционное усиление волн в областях, которые должны отвердеть. Сам процесс длится несколько секунд и состоит из непосредственной полимеризации и удаления остатков смолы с объекта. Нечто подобное было реализовано ранее в других техниках, однако они не позволяли создать готовые объемные формы.
Преимуществ в таком подходе много. Во-первых, он позволяет изготавливать конструкции со свободно перемещающимися в них структурами – как шестерни в коробке передач. Во-вторых, нет необходимости в материале поддержки. В-третьих, есть возможность одновременной множественной печати.
На данный момент голографическая 3д-печать по качеству уступает большинству коммерческих технологий аддитивного производства, но в этом нет ничего удивительного, ведь пока что разработка является лишь концептом, не выходившим за пределы лаборатории.
«С этим проектом мы сделали серьезный шаг вперед, чтобы доказать: производство объемного объекта «за раз» вполне возможно. В то же время, предельные возможности ни одной из характеристик печати (скорость, разрешение, габариты сборки) пока что достигнуты не были», – рассказывает один из руководителей разработки Максим Шастефф.
Разрешение печати будет определяться наименьшим количеством рабочего материала, которое можно перевести в отвердевшее состояние, что в свою очередь зависит от ряда химических и оптических факторов. Тяжело сказать, каким точно будет этот показатель, но полученные результаты дают понять, что разрешение голографической 3д-печати позволит работать с задачами, для решения которых используются существующие установки аддитивного производства.
Шастефф и его коллеги из Ливерморской национальной лаборатории, Массачусетского технологического института, Калифорнийского университета в Беркли и Рочестерского университета планируют дальше развивать голографическую 3д-печать. Пока что разработка не тестировалась в коммерческих приложениях, но нетрудно представить масштаб компаний, интересующихся 3д-принтером, который создает физическую модель не за часы или даже минуты, а за секунды.
