Vědci z Utahu představili holografický 3D tisk: Mikrostruktury bez spojů vytvoří za 20 sekund

Vědci z University of Utah vyvinuli novou metodu 3D tisku, která umožňuje vytvářet pevné mikrostruktury pomocí jediného laserového pulsu. Tento průlomový proces trvá pouhých 20 sekund a eliminuje slabé spoje, které jsou běžné u konvenčních metod tisku vrstvu po vrstvě.

Vědci z University of Utah vyvinuli novou metodu 3D tisku, která umožňuje vytvářet pevné mikrostruktury pomocí jediného laserového pulsu. Tento průlomový proces trvá pouhých 20 sekund a eliminuje slabé spoje, které jsou běžné u konvenčních metod tisku vrstvu po vrstvě. Tým dosáhl tohoto výsledku použitím masky v nanoměřítku, která přetváří laserové světlo do holografického vzoru odpovídajícího požadovanému objektu. Namísto postupného vytváření dílů systém vytvrdí tiskový materiál najednou, čímž vznikají bezespárové struktury.

Tento přístup by mohl výrazně zlepšit pevnost a spolehlivost mikroskopických zařízení a zároveň podstatně zkrátit dobu výroby. Konvenční laserový 3D tisk vytváří objekty vrstvu po vrstvě, což může zanechat mikroskopické spoje, kde se vrstvy setkávají. Tyto rozhraní mohou oslabit tištěné díly nebo umožnit únik kapalin v aplikacích, jako jsou mikrofluidní zařízení. Nová metoda vytvrzením celé struktury v jediné expozici odstraňuje tyto hranice vrstev a vytváří jednotnější díl.

Tiskový proces je založen na fotolitografii, výrobní technice široce používané k výrobě polovodičových čipů. Namísto promítání světla na rovný povrch nová metoda směřuje laserovou energii do trojrozměrného objemu uvnitř fotosenzitivního materiálu nazvaného SU-8. Problém rozptylu světla, který snižuje přesnost při rozšiřování fotolitografie do tří dimenzí, vědci vyřešili návrhem nanopatternované čočky, která funguje jako holografická maska. Ta je umístěna před laserem a kompenzuje difrakci světla, čímž soustředí energii pouze tam, kde se má vytvořit konečná struktura. Profesor Rajesh Menon, který výzkum vedl, přirovnává masku k vykrajovátku na cukroví, které z hustého těsta vykrojí složitý tvar, zatímco laser těsto zevnitř peče, čímž vzniká fyzicky odolný tvar.

Pomocí této techniky tým vyrobil pole mikrotubulů s průměrem jednotlivých trubek pouhých 6 mikrometrů a dosáhl poměru stran až 120:1 při zachování mechanické pevnosti. Testy ukázaly, že tištěné mikrostruktury odolávají stlačení a dokážou transportovat kapaliny kapilárním působením. Tyto výsledky naznačují, že metoda by mohla být užitečná pro aplikace vyžadující přesné mikrokanály, včetně mikrofluidních systémů a pokročilé výroby. Vědci také demonstrovali nepřetržitou výrobu různých tvarů, což naznačuje potenciál pro škálování procesu pro rychlejší výrobu složitých mikrokomponent. Tým nyní pracuje na rozšíření technologie na skutečný trojrozměrný tisk při zachování její rychlosti a přesnosti.