Новый процесс меняет цвет лазерного луча для 3D-печати сложных предметов

Когда большинство людей думают о 3D-печати, они, скорее всего, представляют относительно массивный объект, построенный снизу вверх, по одному слою за раз. Однако новая технология позволяет изготавливать гораздо более сложные изделия, и это достигается за счет изменения цвета лазерного луча.

В настоящее время этот процесс разрабатывается командой Стэнфордского университета и представляет собой разновидность так называемой объемной 3D-печати.

Проще говоря, этот тип печати включает в себя сияющие лучи или узоры света через прозрачную верхнюю и боковые стороны контейнера, внутри которого находится светочувствительная желатиновая смола.

Везде, где эта смола подвергается воздействию света, она полимеризуется (затвердевает) — остальная часть смолы в контейнере остается гелем.

Перемещая источник света так, чтобы он достиг разных частей смолы, можно постепенно создать трехмерный объект. Этот предмет остается подвешенным в геле до тех пор, пока его, наконец, не достанут.

Предлагаемый исследователями метод «тройного слияния с повышением частоты» основан на существующем подтипе объемной 3D-печати, называемой двухфотонной абсорбцией, которая используется для создания особо детализированных объектов.

Новый процесс включает использование высокоэнергетического синего лазерного излучения для полимеризации смолы в очень точных местах. Однако если один непрерывный луч этого света направить на контейнер, смола затвердеет по всей длине этого луча.

Чтобы обойти эту проблему, луч начинается как низкоэнергетический красный лазерный свет и становится синим только в точке, в которой он сфокусирован.

Для этого крошечные капельки специальных наноматериалов, покрытые диоксидом кремния, распределяются по всей смоле. Везде, где красный свет фокусируется на этих каплях, происходит цепочка передачи энергии, в конечном итоге преобразующая низкоэнергетические красные фотоны этого света в высокоэнергетические синие.

В результате смола полимеризуется именно в нужной точке.

«Традиционная двухфотонная печать будет очень похожа на то, что мы делаем здесь, однако физический процесс требует огромной мощности лазера и, таким образом, обычно ограничивается малыми масштабами (от нано до микро)», — говорят ученые.

«Наш процесс требует гораздо меньше энергии (мы использовали всего 4 милливатт, что меньше, чем обычная лазерная указка), поэтому мы можем делать это в большем масштабе (~ см)».

Исследователи в настоящее время изучают возможность ускорения процесса печати — возможно, за счет одновременного использования нескольких лазеров — плюс они изучают использование тройного преобразования с повышением частоты в более эффективных солнечных панелях, которые могли бы преобразовывать низкоэнергетический свет в полезные длины волн с более высокой энергией.

Исследование описано в статье, недавно опубликованной в журнале Nature.