Инженеры из Калифорнийского технологического института (Caltech) разработали новый метод трехмерной печати чистыми металлами или сплавами, позволяющий получить разрешающую способность в 40 микрон, что в некоторых случаях на порядок превосходит возможности других подобных технологий. Процесс, который является чем-то вроде симбиоза химии и 3D-печати, позволит изготавливать детали для крошечных MEMS-устройств (microelectronic mechanical systems), которые широко используются в космической, транспортной технике, биомедицинском оборудовании и во многих других вещах.
Традиционный процесс 3D-печати заключается в укладке материала слой за слоем. Это, в свою очередь, допускает возможность создания таких форм, которые невозможно получить традиционными способами механической обработки. В промышленных процессах 3D-печати металлом используется лазер, луч которого плавит металлический порошок в строго заданной точке, и наилучшие из таких методов могут обеспечить сейчас разрешающую способность в 100 микронов.
Здесь проблема заключается в том, что некоторые из металлов, медь и серебро, к примеру, имеют столь высокую теплопроводность, что даже при качественной фокусировке луча лазера тепло распространяется и плавит металлический порошок вокруг заданной точки, что снижает разрешающую способность процесса печати.
В новом процессе печати вместо чистых металлов в виде порошка, процесс производится в объеме, заполненном специальным гидрогелем. Этот материал представляет собой основу из гибких полимерных цепочек, промежутки между которыми заполнены водой. Только в данном случае эта вода содержит еще высокую концентрацию солей металла, из которого и будет состоять конечный печатаемый объект.
Далее все происходит как при обычном методе лазерной печати пластиком. Свет ультрафиолетовых лазеров, сфокусированных в заданной точке, вызывает полимеризацию, полимерные молекулы в этой точке связываются друг с другом и приобретают жесткость. И так, последовательно обрабатывая лазером гидрогель слой за слоем, формируется структура будущего объекта.
После этого обработанный лазером материал подвергается термической обработке при температурах от 700 до 1100 градусов в зависимости от материала печати. Температура выбрана так, чтобы она была чуть-чуть ниже точки плавления используемого металла или сплава, при этом, гидрогель начинает выгорать, и в местах его полимеризации формируются нити из частичек металла, которые сплавляются друг с другом. Более того, процесс выжигания гидрогеля реализован так, что металл из неполимерезованных областей оседает на уже образовавшихся металлических цепочках, укрепляя и уплотняя их таким образом.
Используя такой способ, калифорнийские исследователи напечатали различные объекты из чистой меди, никеля, серебра и сплавов нескольких типов в качестве демонстрации возможностей новой технологии. И сейчас специальный отдел Калифорнийского технологического института уже зарегистрировал компанию под названием 3D Architech, которая займется патентованием, дальнейшим совершенствованием, коммерциализацией и лицензированием новой технологии трехмерной печати.