Печать трехмерных объектов с невероятно мелкими деталями теперь возможна с помощью "двухфотонной литографии". С помощью этой технологии можно изготавливать крошечные структуры в нанометровом масштабе. Исследователи из Венского технологического университета (TU Vienna) совершили крупный прорыв в ускорении этой технологии печати: высокоточный 3D-принтер в TU Vienna работает на порядки быстрее, чем аналогичные устройства. Это открывает совершенно новые области применения, например, в медицине.

Установка нового мирового рекорда

В 3D-принтере используется жидкая смола, которая отверждается в точно заданных местах сфокусированным лазерным лучом. Фокус лазерного луча проходит через смолу с помощью подвижных зеркал и оставляет после себя полимеризованную линию из твердого полимера шириной всего в несколько сотен нанометров. Это высокое разрешение позволяет создавать скульптуры сложной структуры, крошечные, как песчинка. "До сих пор этот метод был довольно медленным", - говорит профессор Юрген Стампфл из Института материаловедения и технологии при Венском техническом университете. "Скорость печати раньше измерялась в миллиметрах в секунду - наше устройство может печатать пять метров за одну секунду". В двухфотонной литографии это мировой рекорд.

Этот удивительный прогресс стал возможным благодаря объединению нескольких новых идей. "Было крайне важно улучшить механизм управления зеркалами", - говорит Ян Торгерсен (TU Vienna). Зеркала непрерывно движутся во время процесса печати. Периоды ускорения и замедления должны быть настроены очень точно, чтобы получить результаты с высоким разрешением и рекордной скоростью.

Фотоактивные молекулы затвердевают смолу

3D-печать - это не только механика - химики также сыграли решающую роль в этом проекте. "Смола содержит молекулы, которые активируются лазерным излучением. Они вызывают цепную реакцию в других компонентах смолы, так называемых мономерах, и превращают их в твердое вещество", - говорит Ян Торгерсен. Эти молекулы-инициаторы активируются, только если они поглощают два фотона лазерного луча одновременно - и это происходит только в самом центре лазерного луча, где интенсивность самая высокая. В отличие от традиционных методов 3D-печати, твердый материал может быть создан в любом месте внутри жидкой смолы, а не только поверх ранее созданного слоя. Поэтому рабочую поверхность не нужно специально подготавливать перед нанесением следующего слоя, что экономит много времени. Группа химиков под руководством профессора Роберта Лиски (Венский университет) разработала подходящие инициаторы для этой специальной смолы.

Исследователи по всему миру сегодня работают над 3D-принтерами - как в университетах, так и в промышленности. "Наше конкурентное преимущество здесь, в Венском технологическом университете, заключается в том, что у нас есть эксперты из самых разных областей, работающие над разными частями проблемы в одном университете", - подчеркивает Юрген Стампфл. В материаловедении, разработке технологических процессов или оптимизации источников света есть эксперты, работающие вместе и выдвигающие взаимно стимулирующие идеи.

Благодаря резко возросшей скорости теперь можно создавать объекты гораздо большего размера за определенный период времени. Это делает двухфотонную литографию интересной технологией для промышленности. В Венском техническом университете ученые в настоящее время разрабатывают биосовместимые смолы для медицинского применения. Их можно использовать для создания каркасов, к которым могут прикрепляться живые клетки, облегчая систематическое создание биологических тканей. 3D-принтер также может быть использован для создания деталей, изготовленных по индивидуальному заказу, для биомедицинских технологий или нанотехнологий.