Сотрудники Университета Юты представили инновационную технологию аддитивного производства, дающую возможность формировать детализированные микроскопические объекты за один лазерный импульс. В отличие от общепринятых подходов, предполагающих поэтапное наращивание слоев, новая методика создает изделие целиком одновременно, что обеспечивает большую устойчивость компонентов и существенно сокращает время изготовления.

В основе новой технологии лежит уникальная наноструктурированная матрица, которая трансформирует лазерный луч в трехмерную голографическую проекцию будущего объекта. При прохождении света через эту структуру он одновременно воздействует на определенные области светочувствительного материала SU-8, что приводит к мгновенному формированию объемной структуры внутри полимера.

Существенный плюс данного метода заключается в том, что он исключает наличие разделения между различными частями. Как правило, именно эти соединения являются наиболее уязвимыми участками при использовании стандартных технологий трехмерной печати, из-за чего ухудшается надежность изделий. Инновационная технология дает возможность формировать монолитные изделия с более равномерными характеристиками.

Основой разработки послужили принципы фотолитографии – метода, который широко применяется в процессе изготовления микросхем. Тем не менее, если в сфере полупроводников эта техника обычно используется для создания плоских рисунков на поверхности материала, то ученым удалось адаптировать ее для формирования трехмерных объектов.

Важным компонентом системы выступила особая нанолинза, выполняющая функцию голографической маски. Она нейтрализует распространение света внутри полимера и фокусирует лазерное излучение исключительно в те зоны, где должна возникнуть будущая конструкция.

В ходе исследований ученым удалось создать группы микротрубок с очень небольшим диаметром – приблизительно 6 микрометров. При этом их длина была более чем в сто двадцать раз больше поперечного размера, а сами элементы демонстрировали значительную механическую устойчивость.

Проведенные эксперименты продемонстрировали возможность транспортировки жидкостей через отпечатанные микроскопические каналы посредством капиллярных сил. Эта особенность открывает перспективы для разработки миниатюрных устройств, работающих с потоками жидкости, элементов в области производства электронных компонентов малого размера, лабораторного оборудования на кристалле и прочих систем, требующих высокой точности.

Важным преимуществом разработки является возможность организации непрерывного производственного процесса. Специалисты продемонстрировали последовательную печать нескольких изделий одно за другим, что в перспективе может сделать технологию основой для создания более эффективных систем серийного выпуска микрокомпонентов.

В настоящее время метод имеет определенные ограничения: специалисты указывают на то, что действующая версия позволяет точно контролировать только две пространственные координаты, несмотря на наличие полноценной трехмерности готовых изделий. В настоящий момент группа ученых работает над совершенствованием технологии для достижения полной трехмерной печати без ущерба скорости и аккуратности.