Создан метод высококачественной 3D-печати стеклом

Группа инженеров из Технологического института Карлсруэ разработали новый метод 3D-печати стеклом, имеющий гораздо большую точность, чем доступные сегодня. Работа опубликована в журнале Nature.

Производство прозрачных стеклянных изделий произвольной формы требует сложной термической и химической обработки. Из-за этого, использование традиционных методов 3D-печати для стекла, особенно для создания мелких деталей, затруднено. Существовавшие на момент публикации технологии позволяли с помощью 3D-печати производить изделия либо с высокой прозрачностью, либо с высоким качеством поверхности (слабой шероховатостью). Представленный метод впервые позволил объединить оба этих свойства.

В качестве основы нового метода инженеры решили использовать стереолитографию, хорошо зарекомендовавшую себя в классической 3D-печати пластиком. Недавно похожим способом научились печатать термостойкую керамику. Сначала был подготовлен коллоидный раствор наночастиц оксида кремния (основного компонента стекла) в фотополимере гидроксиэтилметакрилате. С помощью ультрафиолета, проходящего через трафарет заготовке послойно придавалась начальная форма: под действием ультрафиолета фотополимер в нужных местах затвердевал, заготовка поднималась, оставляя жидкий полимер ниже и процесс повторялся для новых слоев. Затем, заготовка нагревалась, из-за чего полимер удалялся, оставляя готовое изделие из чистого стекла. Финальный отжиг уплотнял напечатанное стекло убирая из него поры. Исследование с помощью спектроскопии и дифракции показало, что полученное стекло имеет аморфную структуру, не отличимую от стекла, полученного традиционным методом.

Для демонстрации возможностей метода исследователи решили напечатать модель средневекового замка общим размером около двух миллиметров со структурными элементами в 80 микрометров и толщиной слоя 20 микрометров. Полученный материал оказался устойчивым к химическим воздействиям и имел крайне ровную и гладкую поверхность, что подтверждают данные атомно-силовой микроскопии.

Представленная технология может быть использована в микроэлектронике, компактных оптических устройствах и микрофлюидике, где крайне важен размер и качество структурных элементов. За счет использование распространенного метода стереолитографии исследователи надеются на легкое внедрение технологии.

Ранее исследователи из MIT уже представили экспериментальный 3D-принтер, печатающий стеклом, который, однако, не отличался высоким качеством производимых деталей.

Григорий Копиев