Исследователи разработали автоматизированный метод 3D-печати, который позволяет создавать многоцветные 3D-микроструктуры с использованием различных материалов. Новый метод может быть использован для изготовления различных оптических компонентов, включая оптические датчики и световые приводы, а также материальные структуры для таких применений, как мягкая робототехника и медицинские приложения.
Объединение нескольких видов материалов может быть использовано для создания функции, которая не может быть реализована с помощью одного материала, сказал руководитель исследовательской группы Седи Марио из Йокогамского Национального университета в Японии. Методы, подобные нашим, которые позволяют в один шаг изготавливать материальные конструкции, исключают сборочные процессы, позволяя производить устройства с высокой точностью и низкой стоимостью. Марио и его коллеги описывают свой новый метод 3D-печати и демонстрируют его, создавая различные многоцветные 3D-структуры. Их метод основан на стерео литографии, методе 3D-печати, который идеально подходит для изготовления микроприборов, поскольку он использует плотно сфокусированный лазерный луч для создания сложных детализированных объектов.
Возможность изготовления материальных микроскопических оптических элементов с использованием 3D-печати может помочь в миниатюризации оптических устройств, используемых для медицинского лечения и диагностики, сказал Марио. Это может улучшить способность использовать эти устройства в организме или на теле, а также позволить им быть одноразовыми, что поможет обеспечить передовую и безопасную медицинскую диагностику.
Оптимизация цветовой стерео литографии.
Стереофотография создает высокоточную 3D-структуру с помощью лазера для отверждения активируемых материалов, известных как фото утверждаемые смолы, слой за слоем. Микрофизика часто используется для удержания жидких смол, но трудно удержать различные смолы от загрязнения друг друга при переключении материалов без создания большого количества отходов или образования пузырьков воздуха в печатном объекте.
В новой работе исследователи разработали способ удержания различных материалов в капельном состоянии, что позволяет им легче обмениваться в замкнутом пространстве, таком как микро канал, не создавая отходов. Чтобы подавить пузырьки воздуха, 3D-печатная структура перемещается внутри смолы каждый раз, когда смола заменяется. Они также интегрировали двухступенчатый процесс очистки 3D-печатной структуры при замене смол, чтобы полностью предотвратить перекрестное загрязнение. Чтобы реализовать этот оптимизированный подход, исследователи создали палитру для хранения нескольких смол и разместили ее, два очистительных бака и сопло для обдува воздухом на моторизованной сцене. Все процессы, включая 3D-печать, замену смолы, удаление пузырьков и очистку, последовательно выполняются с помощью разработанного нами программного обеспечения, сказал Марио. Это позволяет автоматически создавать многоцветные 3D-микроструктуры.
Создание многоцветных 3D структур.
Исследователи протестировали этот подход, поместив различные типы смол в палитру и используя их для создания 3D-микроструктур. Для одной из этих демонстрационных структур, крошечного многоцветного Куба диаметром всего 1,5 миллиметра, система 3D-печати меняла пять цветов смолы 250 раз в течение 6-часового процесса изготовления. Исследователи также показали, что регулировка количества слоев многоцветных смол позволила регулировать поглощающую способность каждой части структуры. Позволяя им создавать микроструктуры с такими цветами, как желтый, комбинируя слои красного, синего, зеленого и черный.
Этот метод может быть применен не только к многоцветным смолам, но и к более широкому спектру материалов, сказал Марио. Например, смешивание различных керамических микро-или наночастиц смолой может быть использовано для 3D-печати различных типов стекла. Он также может быть использован с биосовместимыми керамическими материалами для создания каркасов для регенерации костей и зубов.
В настоящее время исследователи работают над сокращением времени, необходимого для таких процессов, как замена смолы и удаление пузырьков, чтобы обеспечить еще более быстрое изготовление. Они также планируют использовать технологию, которую они ранее продемонстрировали. Для создания много масштабной системы изготовления, в которой разрешение изготовления может быть изменено от менее чем микрометра до нескольких десятков микрометров путем изменения фокусирующей линзы и условий лазерной экспозиции.