Ксолографія - метод миттєвого 3D-друку

За останні роки адитивне виробництво стало звичайним інструментом для виробників: перші 3D-принтери FDM, а тепер і SLA стали доступними для широких мас. Хоча ці машини неймовірно корисні, вони використовують повільний пошаровий підхід для створення об'єктів.
Відносно нова технологія під назвою Volumetric Additive Manufacturing (VAM) обіцяє змінити все це, надрукувавши весь об'єкт за один раз, і, згідно з нещодавньою статтею в Nature, вона тільки що отримала велике збільшення розподільної здатності. Нова технологія використовує пересічні світлові промені в чані зі смолою для створення простих об'єктів з рухомими частинами.
При звичайному тривимірному друці елементи створюються шар за шаром. Однак цей підхід стикається з проблемами при створенні порожніх об'єктів, оскільки виступаючі елементи природним чином стискаються, і ніщо не підтримує їх знизу.
У волюметричних методах світло робить будь-яку рідину, на яку він світить, твердою в той час, як інша частина смоли забезпечує підтримку, яка утримує затверділий матеріал від руйнування.

Учені з Німеччини винайшли нову технологію - «ксолографію», яка здатна працювати зі значно більшою швидкістю і вищою розподільною здатністю, ніж попередні волюметричні підходи. Вони створили стартап під назвою xolo, щоб комерціалізувати свою роботу.
У новій технології друку використовуються два види світла. По-перше, прямокутний лист ультрафіолетового світла збуджує тонкий шар спеціальних молекул усередині смоли з початкового стану спокою. Потім зображення зрізу надрукованого об'єкта проєктується на цей лист з використанням білого світла, котре затверджує тільки активовану смолу. Назва «Xolography», стосується того, як пересічні («x») світлові промені можуть генерувати цілі («holos») об'єкти в цій техніці друку («graphia»).

Використовуючи ксолографію, дослідники могли створювати вільно плаваючі об'єкти без будь-яких підтримуючих структур, такі як прості машини з колесами всередині, які можуть обертатися у відповідь на проточну рідину, або куля у сферичній клітці. Вони також роздрукували детальний бюст людини шириною 3 сантиметри з чітко визначеними внутрішніми анатомічними особливостями (ніздрями й стравоходом). Нині ксолографія може друкувати зі швидкістю близько 55 мм3/с зі структурами шириною всього 25 мікрон.

Ксолографія до 100000 разів швидше, ніж двухфотонна фотополімеризація, і приблизно так само швидка, як комп'ютерна аксіальна літографія, тому що вона не покладається на те, що кожна цільова пляма поглинає два фотона одночасно. Крім того, ксолографія може досягати розподільної здатності приблизно в 10 разів вище, ніж комп'ютерна аксіальна літографія, тому що вона може швидко і вибірково робити тільки активовану смолу твердою, а не інший матеріал.
Одна з можливих основних функцій ксолографії - створення складних біологічних структур з використанням рідин, що містять живі клітини. Перевага ксолографіі перед наявними методами біодруку полягає в тому, що клітини не будуть відчувати стресу, який вони отримують через розпилення сопла біопринтера, яке може пошкодити їх.
Німецькі вчені спеціально створили 3D-принтер Xube, який дозволяє створити об'єкти розміром 50х70х90 мм. Він сконструйований з 40-нм лазерами і DPL проєктором ультрависокої розподільної здатності - 0.03 мм по осях X/Y і 0.05 мм по осі Z.

Дослідники припускають, що вони могли б прискорити друк ксолографіі, використовуючи більш потужні лазери. Крім того, вони пропонують використовувати складніші смоли для одночасного друкування кількох видів матеріалів.