Технологии универсальны и дешевы, однако массово еще не вошли в жизнь. Мешают некоторые недостатки. Причина в самом принципе этой технологии. Такие принтеры можно назвать тихоходами, они печатают изделия послойно, нанося новые слои материала после того, как предыдущий застынет. О какой производительности тут может идти речь? Поэтому в большинстве случаев гораздо проще и быстрее выточить нужную деталь из цельного куска пластика или металла, чем ждать, пока это сделает принтер.
Российские ученые решили эту проблему. Они создали первый в мире принтер, который не послойно печатает трехмерные конструкции произвольной формы и любых размеров, а сразу выдает целое изделие. Скажем сразу, что пока речь идет только о печати из полимерных материалов.
В чем суть разработанной нашими специалистами уникальной технологии? Здесь надо напомнить, как сегодня стоматолог делает полимерную пломбу. Он кладет на зуб слой смеси из монономеров, а чтобы они превратились в полимер, обрабатывает слой за слоем ультрафиолетовой лампой. Так постепенно ремонтируется зуб.
- Почему нельзя сделать пломбу в один проход? Дело в том, что ультрафиолет проникает в материал на очень малое расстояние, -- говорит один из авторов разработки Кирилл Хайдуков из ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН. - Поэтому приходится наносить материал послойно. По той же причине таким способом не удается делать конструкции больших размеров. Мы заменили ультрафиолет инфракрасным излучением. И это кардинально изменило технологию.
Надо подчеркнуть, что ИК-лучи сами по себе проблемы не решают. Но авторы, используя это излучение, нашли неожиданное и очень красивое решение. Они создали наночастицы из натрия, туллия, иттербия и фтора, которые обладают удивительным свойством. Поглощая ИК-лучи, преобразуют их в ультрафиолет. На этом эффекте и работает новая технология.
- Заготовка мономеров идеально пропускает инфракрасное излучение, оно пронизывает всю эту толщу, взаимодействует с наночастицами и превращается в ультрафиолетовое. Но в данном случае оно уже равномерно распределяется по всей толще конструкции, которую печатает 3D-принтер, - объясняет Хайдуков. - В итоге сразу получается готовое трехмерное изделие.
Это первый принтер, который печатает не послойно, а сразу выдает готовое изделие
По словам авторов, этот принтер можно применять в трехмерном лазерном рисовании, микрообработке материалов, в голографии, электронике и системах обработки данных. Еще одна сфера применения - биомедицина, в частности тканевая инженерия, замещающая поврежденные части органов и тканей с помощью различных полимерных материалов.
Работа проведена в ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН совместно с учеными из Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова и Московского технологического университета. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
