Сьогодні ми не дивуємося компактним лазерним принтерам, хоча на зорі зародження технології і довгі роки після появи на ринку лазерні принтери дивували розмірами і вагою. Схожа ситуація з лазерним 3d-друком. Це високоточні пристрої адитивного моделювання, але розміри пристроїв залишаються порівняно великими — з об’ємний чемодан або близько того. Нові німецькі технології допоможуть зменшити такі принтери до розмірів взуттєвої коробки.
Зліва зображення надрукованої 3d-структури під електронним мікроскопом, праворуч – під оптичним. Джерело зображення: professor rasmus schröder, university of heidelberg, vincent hahn, kit
Сучасний лазерний друк у складі 3d-принтера являє собою складну оптичну систему, яка в імпульсному режимі з фемтосекундною тривалістю викликає хімічні процеси полімеризації матеріалу в точці фокусу. Великі габарити і позамежна дорожнеча таких принтерів не дозволяють їм стати продуктом для повсюдного використання. Чи можна це змінити? цілком, заявили дослідники з німецького профільного кластера 3d matter made to order.
Вчені в журналі nature photonics опублікували статтю, в якій розповіли про інноваційну конструкцію головки лазерного принтера для 3d-друку з нанорозмірною точністю. У звичайному лазерному 3d-принтері полімеризація світлочутливої рідини відбувається тоді, коли два фотони одночасно збуджують молекулу рідини — це так зване двофотонне поглинання. Щоб реакція двофотонного (одночасного) поглинання відбулася, лазерна система повинна бути складною, узгодженою і тому громіздкою.
Німецькі вчені запропонували розділити збудження молекул світлочутливої рідини на два етапи і здійснювати їх по черзі, що дозволить радикально зменшити лазерну головку і конструкцію 3d-принтера. Зокрема, дослідники з технологічного інституту карлсруе (kit) і гейдельберзького університету запропонували двоступеневу абсорбцію, яка працює з недорогими і маленькими синіми лазерними діодами.
Перший фотон переводить молекулу в проміжний стан. На другому етапі другий фотон переводить молекулу з проміжного стану в потрібне збуджений стан і запускає хімічну реакцію. Поглинання двох фотонів не обов’язково повинно відбуватися одночасно, що стало ключем до прориву.
” для цього процесу можна використовувати компактні і малопотужні лазерні діоди безперервної дії, – сказав вінсент ханн, перший автор дослідження з інституту прикладної фізики kit (aph). – необхідна потужність лазера набагато нижче потужності звичайних лазерних указок”»
Втім, не все так просто. Прорив був би неможливий без розробки нового складу фоточутливої рідини. Новий склад рідини розроблявся кілька років спільно з хіміками, поки потрібний результат не був отриманий.
” на мій погляд, в найближчі роки реально створити пристрій розміром з коробку з-під взуття. Це буде навіть менше, ніж лазерний принтер на моєму робочому столі в kit, — заявив інший автор роботи професор мартін вегенер. – таким чином, лазерні 3d-нанопринтери можуть стати доступними для багатьох груп населення. Експерти вже говорять про демократизацію технології лазерного 3d-друку”»
