Nový laser tisícinásobně zrychlí světelný 3D tisk

MAGAZÍN - Technologie autor: Ladislav Loukota

Dlouho slibovaný aplikovaný 3D tisk se k nám možná blíží rychlostí světla. Ale ne tak, jak byste nejspíš čekali.

Stereolitografická fotopolymerová 3D tiskárna

Stereolitografická fotopolymerová 3D tiskárna,zdroj: Profimedia.cz

Trojrozměrný tisk předmětů byl na počátku dekády oslavován jako cosi, co může změnit výrobu většiny zboží. Předpoklad se zatím nepotvrdil. 3D tisk v domácnostech nadšenců tak většinou tlačí plasty do kýženého dekorativního předmětu.

Není 3D tisk jako 3D tisk

Neznamená to ale, že plastový tisk je jedinou podobou myšlenky. Kovový tisk, v němž dosáhl vloni průlomu Hewlett Packard, začíná měnit zejména průmyslovou produkci. Biotisk vytváří maso bez zvířat anebo tkáně, které by jednou mohly vést k produkci orgánů na míru.

A pak je tady také světelný tisk, přesněji dvoufotonová fotopolymerace (TPL). V té světelný paprsek zpevňuje tekutou pryskyřici, díky čemuž může být předmět doslova vytažen z kádě, v níž ještě před chvíli měl jeho materiál jenom tekutou podobu.

Fotopolymerace je stále experimentálního rázu, má však teoreticky výhodu ve své rychlosti. Teoreticky. 

Dosavadní metody mohly tisknout buď rychle, ale s horším rozlišením, anebo pomalu, ale s rozlišením lepším. FP-TPL kombinuje obojí.

Možná bude mít rychlý tisk výhodu i ve svém detailu. Nově vyvinutá metoda femtosekundové projekce TPL (FP-TPL), která pracuje s krátkými impulsy, dosáhla průlomu v rychlosti tisku malých předmětů v nanoškále. 

Také femtosekundová projekce TPL využívá dosavadního laserového tisku, výzkumníci z Lawrence Livermore National Laboratory, Čínské univerzity v Hongkongu a příbuzných institucí ovšem "zjemnili" laserové signály a zvýšili jak přesnost, tak rychlost.

Jak ale naředit světlo? Tak, že jej vysíláte z více zdrojů zároveň!

Milion paprsků

Stávající TPL metody spoléhají na tisk typicky s pomocí jediného silného zdroje laserového paprsku. Nová metoda vysílá paprsků víc - až milion signálů - díky čemuž se zrychluje tvrzení tekutého polymeru na pevný. Zároveň lze překrýváním různých paprsků souběžně  vytvářet i celistvější trojrozměrné předměty.

Tak se dá dosáhnout rozlišení tisku na 175 nanometrů, a to včetně komplexnější struktur jdoucích do hloubky. Výzkumníci si pochvalují i možnost tisku předmětů, které stávající metody vytisknout nemohly. Zatím ale byla metoda FP-TPL použita pouze na tisk malých předmětů.

Velmi drobný předmět vytisknutý metodou FP-TPL

Velmi drobný předmět vytisknutý metodou FP-TPL,zdroj:Vu Nguyen a Sourabh Saha

Právě ty by ale v budoucnu měly tvořit jádro produkce. Autor zmíněné studie Sourabh Saha říká, podobná světelná litografie nemůže (stejně jako u stávajících podob 3D tisku) stále vytvořit celý předmět z různých materiálů. Namísto toho by ovšem mohla produkovat drobné součásti větších předmětů levněji a možná i přesněji než současné metody.

Metoda FP-TPL, či spíš nějaký její následovník, by mohl rychle tisknout předměty, které dnes vznikají komplikovaně klasickou litografií. Uplatnění by měl například v biotisku polymerů, po nichž by šplhaly kmenové buňky vytvářející umělé orgány, ale i v disku ohebné elektroniky, mikrooptiky, nanotechnologie či elektrochemických rozhraní.

V realitě tak aplikaci světelného tisku ani nepoznáte - pokud opět nejste nadšenec, který si jej "musí" vyzkoušet doma. Vliv by však mohl rychlejší světelný tisk mít možná v horizontu pěti až deseti let na produkci elektroniky. Mohl by stlačit její cenu.

Studie byla publikována v časopise Science.