Ксолография – метод мгновенной 3D-печати

За последние годы аддитивное производство стало обычным инструментом для производителей: первые 3D-принтеры FDM, а теперь и SLA стали доступными для широких масс. Хотя эти машины невероятно полезны, они используют медленный послойный подход для создания объектов. 
Относительно новая технология под названием Volumetric Additive Manufacturing (VAM) обещает изменить все это, напечатав весь объект за один раз, и, согласно недавней статье в Nature, она только что получила большое увеличение разрешения. Новая техника использует пересекающиеся световые лучи в чане со смолой для создания простых объектов с движущимися частями. 
При обычной трехмерной печати элементы создаются слой за слоем. Однако этот подход сталкивается с проблемами при создании полых объектов, поскольку выступающие элементы естественным образом сжимаются, и ничто не поддерживает их снизу.
В волюметрических методах свет отверждает любую жидкость, на которую он светит, в то время как остальная часть смолы обеспечивает поддержку, которая удерживает затвердевший материал от разрушения.

Теперь ученые в Германии изобрели новую технику, называемую «ксолография», способную работать со значительно большей скоростью и более высоким разрешением, чем предыдущие волюметрические подходы. Они создали стартап под названием xolo, чтобы коммерциализировать свою работу.
В новой технике для печати используются два вида света. Во-первых, прямоугольный лист ультрафиолетового света возбуждает тонкий слой специальных молекул внутри смолы из начального состояния покоя. Затем изображение среза напечатанного объекта проецируется на этот лист с использованием белого света, отверждая только активированную смолу. Название «Xolography», относится к тому, как пересекающиеся («x») световые лучи могут генерировать целые («holos») объекты в этой технике печати («graphia»).

Используя ксолографию, исследователи могли создавать свободно плавающие объекты без каких-либо поддерживающих структур, такие как простые машины с колесами внутри, которые могут вращаться в ответ на текущую жидкость, или шар в сферической клетке. Они также распечатали подробный бюст человека шириной 3 сантиметра с четко определенными внутренними анатомическими особенностями (носовой ход и пищевод). В настоящее время ксолография может печатать со скоростью около 55 мм3/с со структурами шириной всего 25 микрон.

Ксолография до 100000 раз быстрее, чем двухфотонная фотополимеризация, и примерно так же быстро, как компьютерная аксиальная литография, потому что она не полагается на то, что каждое целевое пятно поглощает два фотона одновременно. Кроме того, ксолография может достигать разрешения примерно в 10 раз выше, чем компьютерная аксиальная литография, потому что она может быстро и выборочно отверждать только активированную смолу, а не остальной материал. 
Одно из возможных основных функций ксолографии - создание сложных биологических структур с использованием жидкостей, содержащих живые клетки. Преимущество ксолографии перед существующими методами биопечати заключается в том, что клетки не будут испытывать стресса, который они испытают из-за распыления сопла биопринтера, которое может повредить их.
Немецкие ученые специально создали 3D-принтер Xube, который позволяет создать объекты размером 50х70х90 мм. Он сконструирован с 40-нм лазерами и DPL проектором ультравысокого разрешения – 0.03 мм по осям X/Y и 0.05 мм по оси Z.

Исследователи предполагают, что они могли бы ускорить печать ксолографии, используя более мощные лазеры. Кроме того, они предлагают использовать более сложные смолы для одновременной печати нескольких видов материалов.