Лазерный мир

Метод Технологического института Карлсруэ достигает скорости печати 10 миллионов вокселей в секунду.

Хиральный метаматериал: потенциальные приложения ждут

Аддитивное производство с использованием лазерной 3D-печати собирает окончательную сложную архитектуру элемента из отдельных элементов объема или вокселей.

Скорость, с которой эти вокселы могут быть индивидуально напечатаны в 3D, является одним из ключевых показателей эффективности всей производственной операции. Другой — это наименьший размер вокселя, которого может достичь конкретная платформа.

Проект в Технологическом институте Карлсруэ (KIT) провел исследование существующих подходов к аддитивному производству, чтобы затем разработать новую платформу, способную достигать более высоких скоростей осаждения, чем те, которые доступны в настоящее время. Работа была опубликована в Advanced Functional Materials.

Обзор показал потенциальное значение двухфотонной печати (2PP), при которой процесс многофотонного поглощения эффективно ограничивает возбуждение фоточувствительного материала во всех трех измерениях одновременно. Субмикронные размеры вокселей были достигнуты с использованием 2PP, но с сильно различающимися скоростями печати.

Одним из способов повышения скорости является одновременное сканирование более чем одного лазерного фокуса, хотя это может снизить мощность каждого отдельного луча и предъявлять значительные требования к оптике с гальваническим зеркалом, используемой многолучевой платформой.

Компания KIT разработала платформу, предназначенную для устранения этих препятствий, разработав «2PP-станок, который выходит за рамки описанного уровня техники, касающегося скорости печати вокселей, но при этом остается на современном уровне в отношении размера вокселей для 2PP «, согласно документу команды.

«Мы применяем эту улучшенную технологию к трехмерному механическому метаматериалу, состоящему из исключительно большого количества элементарных ячеек, что было бы невозможно без этого прогресса».

Хиральные механические метаматериалы

Платформа KIT использует фемтосекундный импульсный Ti: Sa-лазер, излучающий на 790 нм, а также настраиваемый дифракционный оптический элемент для разделения луча на девять пучков.

Он был применен для обработки «хирального механического метаматериала», структуры, деформация которой под напряжением может быть ограничена неклассическими способами путем тщательного проектирования кубической элементарной ячейки метаматериала, из которой построена структура. Эти хиральные метаматериалы рассматриваются для ряда новых дизайнерских приложений, и аддитивное производство обеспечивает потенциально привлекательный производственный путь.Чтобы проверить скорость и надежность установки, KIT напечатал решетчатую структуру объемом 60 кубических миллиметров, содержащую детали конструкции вплоть до микронного масштаба.

По данным команды проекта, в испытании, охватывающем два дня общего времени печати, платформа получила более ста тысяч трехмерных элементарных ячеек, состоящих из трехсот миллиардов вокселей. Раньше самые большие значения для таких операций составляли около пятисот трехмерных элементарных ячеек, напечатанных по коммерческой технологии с использованием только одного фокуса примерно за один день, что более чем в сто раз медленнее.

Дальнейшая работа в KIT может включать расширение подхода для включения большего количества лазерных фокусов и, следовательно, более высоких пиковых скоростей 3D-печати, хотя более плотное расстояние между фокусами в пределах доступного поля зрения оптики системы потребует способов предотвращения оптической когерентности между фокусами. На практике это также потребует подачи материалов с более низкими пороговыми значениями энергии полимеризации, поскольку увеличение мощности лазера по существу для нескольких пучков в современной архитектуре невозможно.

Но текущее исследование уже является ценным шагом к 3D-печати метаматериалов по коммерчески выгодным ценам, согласно KIT.

«Мы намного превзошли рекорд, достигнутый крыльями самолетов с 3D-печатью, — прокомментировал Мартин Вегенер из KIT. — Это новый мировой рекорд».

Источник: https://optics.org/news/11/1/62