Infračervený laser umožňuje vytisknout dutou krychli, která je ze všech stran z větší části uzavřená. Později se k ní lze vrátit a vytisknout uvnitř této „krabice“ objekt z úplně jiného materiálu.
Jose Marques-Hueso z Heriot-Watt University v Edinburghu a jeho kolegové vytvořili novou metodu 3D tisku, která využívá blízké infračervené světlo k vytváření komplexních struktur obsahujících více materiálů a barev.
Přitom se vyšlo z již zavedené techniky stereolitografie. Běžná 3D tiskárna obvykle aplikuje modrý nebo UV laser na tekutou pryskyřici, která pak selektivně tuhne vrstvu po vrstvě a vytváří požadovaný objekt. Nevýhodou tohoto přístupu je však omezení při míchání materiálů. Výzkumníci nyní naproti tomu použili blízké infračervené světlo, které je schopné do pryskyřice tisknout do mnohem větší hloubky, a nevytvářet tak výsledný objekt vrstvu po vrstvě. Laser zde dosáhne až 5 cm namísto obvyklých cca 0,1 mm. To znamená, že se dá tisknout s jedním materiálem a později přidat druhý, který ztuhne prakticky v libovolné poloze v prostoru, a ne pouze na horní straně vnějších povrchů.
„Můžeme např. vytisknout dutou krychli, která je ze všech stran z větší části uzavřená. Později se k ní můžeme vrátit a vytisknout uvnitř této „krabice“ objekt z úplně jiného materiálu, protože laser pronikne skrz předchozí materiál, jako by byl neviditelný – a ve skutečnosti je v blízké infračervené oblasti opravdu zcela průhledný,“ uvádějí autoři výzkumu podle původní tiskové zprávy.
„Technologie Fused Deposition Modeling (FDM) již dokázala materiály míchat, ale FDM má nízké rozlišení, kdy jsou vrstvy viditelné, zatímco technologie založené na světle, jako je stereolitografie, mohou poskytnout hladké vzorky s rozlišením pod pět mikrometrů,“ dodává spoluautor studie Adilet Zhakeyev.
Klíčovou součástí projektu byl vývoj upravených pryskyřic, které obsahují nanočástice absorbují fotony z blízké červené oblasti a přeměňují je na modré fotony; ty pak finálně zpevňují pryskyřici. Tento jev (konverze záření na jinou vlnovou délku) přitom funguje tak, že modré fotony lze získat převážně v ohnisku laseru. Z tohoto důvodu může infračervené záření proniknout hluboko do materiálu, jako by byl průhledný, a zpevnit zacíleně pouze materiál uvnitř.
Nová metoda umožňuje tisknout na jednom vzorku více materiálů s různými vlastnostmi, např. pružné elastomery a tuhý akrylát, což se podle výzkumníků může uplatnit třeba při výrobě obuvi. Technika dále podporuje 3D tisk objektů uvnitř dutin, obnovu rozbitých předmětů nebo by mohla umožnit i třeba tisk přes kůži. Výzkumníci také předvedli kombinaci dvou pryskyřic, z nichž jednu lze selektivně potahovat mědí, a vytvářet tak 3D elektrické obvody.
Výhodou nové metody má být oproti jiným pokročilým technologiím 3D tisku také nižší náklady – vystačí se s levnými lasery, celý stroj jde postavit za méně za řádově 10 000 Kč; naproti tomu např. dvoufotonová polymerace vyžaduje ultrarychlé lasery o několik řádu dražší.
Adilet Zhakeyev et al, Upconversion 3D printing enables single-immersion multi-material stereolithography, Applied Materials Today (2023). DOI: 10.1016/j.apmt.2023.101854
Assel Ryspayeva et al, Multimaterial 3D Printing Technique for Electronic Circuitry Using Photopolymer and Selective Metallization, Advanced Engineering Materials (2022). DOI: 10.1002/adem.202201243
Zdroj: Heriot-Watt University / TechXplore.com
