Многокомпонентная 3D-печать, будь то металл или пластик, — горячая тема, и теперь она затрагивает одну из самых передовых областей 3D-печати: микро- и наномасштабы. Немецкий стартап Heteromerge разработал MergeOne — печатающую головку для многокомпонентной 3D-печати с использованием технологии двухфотонной полимеризации (2PP). Благодаря этой инновационной системе печатающих головок Heteromerge позволяет создавать высокоточные 3D-микроструктуры произвольной формы из нескольких материалов за один процесс печати.

Печатающая головка Heteromerge позволяет проектировать и печатать мельчайшие конструкции произвольной формы со встроенными функциями. Комбинируя различные материалы, пользователи могут настраивать структурные, механические и оптические свойства своих изделий, открывая возможности для применения, которые раньше были невозможны при печати на одном материале.

Очень маленькая проблема многоматериальной печати

Интеграция нескольких материалов в единую конструкцию позволяет значительно расширить спектр функциональных возможностей. Различные материалы позволяют точно настраивать такие свойства, как жёсткость, гибкость или оптическая дисперсия, непосредственно в одном компоненте. Это позволяет интегрировать множество функций в компактные трёхмерные конструкции.

Важность этого достижения очевидна в таких областях, как микрооптика, микромеханика и микрофлюидика. Например, можно изготавливать компактные композитные оптические компоненты, позволяющие создавать миниатюрные и лёгкие модули камер, используемые в мобильных устройствах, дронах и малоинвазивных медицинских инструментах. Подобно тому, как цветная печать вытеснила чёрно-белую в двумерном мире, ожидается, что многоматериальная печать заменит печать одним материалом в 3D-производстве. Пользователи смогут проектировать желаемую структуру, выбирать материалы и получать конечный результат в рамках единого бесшовного процесса.

Для реализации этой идеи необходим новый технологический подход. Компания Heteromerge сделала первые шаги в этом направлении, представив печатную платформу MergeOne, основанную на принципе обмена материалами в открытой гидродинамической системе.

Модернизация систем 2PP для открытых гидросистем

Любой существующий 3D-принтер 2PP можно модернизировать для печати в наномасштабе несколькими материалами. Система Heteromerge MergeOne легко интегрируется с существующими принтерами 2PP, расширяя их функциональность для многоматериальной печати без ущерба для выравнивания, скорости и разрешения. Печатающая головка гарантирует, что при смене материалов объект останется в фокусе лазера. Это позволяет добиться идеального выравнивания на разных участках материала с точностью наложения более 50 нанометров.

Автоматизированная замена материалов in situ исключает необходимость в ручном управлении, что позволяет производить печать несколькими материалами до десяти раз быстрее по сравнению с традиционными методами. Полное разрешение технологии 2PP сохраняется, обеспечивая разрешение по горизонтали до 150 нанометров и по вертикали до 400 нанометров. Процесс также не зависит от подложки, что позволяет печатать на отдельных устройствах, существующих компонентах или больших пластинах, как прозрачных, так и непрозрачных.

Одной из важнейших инноваций в подходе Heteromerge является запатентованная система замены материалов с открытой жидкостной схемой. Эта система позволяет производить замену материалов непосредственно во время печати, обеспечивая непрерывный рабочий процесс без потери фокусировки и выравнивания. Благодаря этому Heteromerge позволяет печатать многоматериальными материалами с исключительной точностью, значительно сокращая время печати.

Эта технология достаточно гибкая, чтобы поддерживать как небольшие прототипы, так и крупносерийное производство. Экономия объёма материала делает её идеальной для применения на больших площадях, сохраняя при этом эффективность для чувствительных наноразмерных устройств.

Многоматериальная оптика и не только

Технология многокомпонентной печати 2PP компании Heteromerge находит широкое применение в различных отраслях. Например, в оптике она позволяет изготавливать многокомпонентные составные линзовые системы. Эти линзы состоят из отдельных элементов с различными показателями преломления, что позволяет разработчикам оптимизировать характеристики в широком спектре. Благодаря возможности 2PP производить полимерную оптику свободной формы с чистотой поверхности менее 10 нанометров (среднеквадратичное отклонение), получаемые линзы не только высокоточны, но и легче, дешевле в сборке и долговечнее, чем оптика, изготовленная традиционным способом.

Такой подход с использованием свободной формы упрощает конструкцию, снижает затраты на сборку, минимизирует вес и снижает чувствительность к механическим воздействиям. Многокомпонентная технология дополнительно повышает производительность за счёт оптимизации свойств широкополосной линзы, уточнения фокуса, улучшения внеосевого изображения и повышения устойчивости к несоосности. Такие достижения бесценны для таких приложений, как сканирование луча, оптическая обработка данных и системы визуализации.

В медицине многокомпонентная печать позволяет производить микроиглы и малоинвазивные хирургические инструменты. В микрофлюидике она позволяет создавать высокофункциональные устройства типа «лаборатория на чипе» с интегрированными проточными каналами. В механике и обработке данных она служит основой для создания компактных функциональных компонентов микро- и наномасштабов.

Компания Heteromerge уже достигла нескольких важных этапов на пути к трансформации 3D-микропечати. ​​Первые испытания концепции продемонстрировали возможность реализации многоматериальной печати посредством обмена материалами в открытой системе с жидкостным потоком. Именно тогда возникла идея многоматериальной печатающей головки, которая была подтверждена разработкой прототипа.

Компания получила финансирование от правительства Германии в рамках программы поддержки высокотехнологичных спин-оффов научных учреждений. Прототипы многокомпонентной печатающей головки были затем поставлены пилотным клиентам в рамках программы, поддержанной инвесторами, уже имеющими предварительный старт. Успешный запуск платформы MergeOne сделал многокомпонентную печать на двухкомпонентной ПП реальностью для исследований и промышленности.

В перспективе Heteromerge намерена и дальше развивать как технологию печатающих головок, так и программное обеспечение для управления. План действий включает расширение спектра функциональных микроструктур и обеспечение возможности массового производства. Чтобы ускорить этот процесс, компания активно ищет начальное финансирование и партнёров, готовых поддержать её концепцию финансово и профессионально.

Источник