Специалисты из Университета Юты предложили инновационный способ трехмерной печати, исключающий дефекты, типичные для традиционных технологий построения слоями. Вместо последовательного добавления материала используется наношаблон, который преобразует лазерный луч в голографическое изображение требуемой конфигурации: вся конструкция формируется одновременно и занимает около двадцати секунд.

Группа исследователей под началом Раджеша Менона, преподавателя факультета электротехники и компьютерной инженерии инженерного института Прайса, а также Даджуна Лина, представила результаты работы по созданию различных микроскопических конструкций. Среди них – массивы миниатюрных трубок с внутренним диаметром до шести микрон.

В качестве основы для разработанной методики был задействован принцип фотолитографии — распространенная технология, применяемая при изготовлении интегральных схем. Специалисты использовали SU-8 – материал на основе длинных полимерных молекул. Под воздействием лазерного излучения эти молекулы соединяются и формируют твердую структуру; затем избыточные участки удаляются, оставляя желаемую конфигурацию.

Основное препятствие при переходе от двумерной фотолитографии к трехмерной заключается в проникновении светового луча через слой материала. SU-8 обладает недостаточной прозрачностью, что вызывает рассеивание лазерного пучка внутри него и приводит к потере точности изображения и нечеткости структуры. Чтобы преодолеть эту трудность, коллектив Менона разработал наноструктурированную линзовую маску, которая компенсирует эффект рассеяния света и фокусирует энергию лазера исключительно в необходимых зонах материала.

Благодаря новому методу ученым удалось сформировать сложные микрообъекты с соотношением сторон до 120:1. На текущем этапе развития технология напоминает «усовершенствованную двухмерную печать»: исследователи обладают возможностью точного управления формой в плоскости, а затем вытягивают ее вдоль третьего измерения. По словам Менона, «наномаска действует как пресс-форма для изготовления кондитерских изделий, позволяющая создавать сложные узоры из толстого слоя материала и одновременно его отверждать с помощью лазера».

В ходе исследований группа создала сетчатые структуры из микроканалов и оценила их прочность. Полученные образцы успешно выдержали нагрузки на сжатие, а также продемонстрировали способность к перемещению жидкостей посредством капиллярного эффекта – явления спонтанного движения жидкости по узким отверстиям без применения внешних сил.

Исследователи намерены совершенствовать эту методику для перехода от производства удлиненных микроструктур к полноценной трехмерной печати с возможностью управления формой во всех направлениях. В случае успеха, технология позволит существенно сократить время изготовления сложных микродеталей лазерным способом, где в настоящее время требуется длительный процесс послойного наращивания.