Однократная голографическая 3D-печать позволяет отверждать микроструктуры за 20 секунд.

Феликс Лигенеральный директор компании Forgecise

Опубликовано: Июль 2026 г. | Время чтения: 6 мин | Проверено на точность: Серия статей о передовых методах аддитивного производства

Краткое резюме

Исследователи из Университета Юты разработали новую технологию 3D-печати, которая называется… однократная экспозиция голографической литографии. Вместо послойного создания микроструктур в течение нескольких часов, этот инструмент использует лазерный свет, проходящий через наноразмерную маску, для затвердевания всей формы внутри полимерной жидкости примерно за 20 секунд. Благодаря тому, что отверждение происходит сразу со всем объектом, полностью устраняются слабые швы и отслоение слоев, характерные для обычной 3D-печати.

Краткие показатели эффективности

Особенность	Ценить	Почему это важно
Скорость печати	~20 секунд	Гораздо быстрее, чем стандартная лазерная печать, на которую уходят часы.
Наименьшая ширина элемента	$6\ \mu\text{m}$	Можно печатать крошечные каналы из микротрубок.
Объем сборки	$800 \times 800 \times 720\ \mu\text{m}^3$	Печатает большое количество микроскопических фигур одновременно.
Скорость печати	$0.36 \times 10^6\text{ вокселей/секунду}$	Высокая скорость для заводского микропроизводства
Соотношение высоты к ширине	Более 120 долларов:1	Предотвращает опрокидывание сверхтонких конструкций.
Жидкий материал	Фоторезист SU-8	Стандартный для отрасли прозрачный пластиковый полимер

1. Проблема послойной микро-3D-печати

Стандартные 3D-принтеры создают изделия, накладывая тонкие слои друг на друга. Хотя это отлично подходит для пластиковых игрушек или крупных прототипов, при изготовлении деталей микромасштаба это создает две серьезные проблемы:

1. Слабые швы и отслоение слоев: Линии соприкосновения двух слоев действуют как потенциальные трещины. Под сильным давлением эти слои разрываются.
2. Очень низкие скорости: Печать микроскопических деталей поточечно или послойно занимает часы.

В июле 2026 года исследователи из Университета Юты представили новый метод, полностью исключающий послойное наслаивание.. Профессор Раджеш Менон и исследователь Даджун Линь Сотрудники кафедры электротехники и вычислительной техники (инженерный колледж Прайса) разработали способ печати целых микроструктур за одну световую вспышку длительностью около 20 секунд.

2. Принцип работы однократной голографической литографии

В традиционном производстве 2D-чипов используются плоские трафареты (называемые масками) для блокировки света. Это позволяет создавать плоские электронные схемы на кремниевых пластинах. Однако плоские маски не позволяют создавать 3D-формы внутри блока материала без повторения сотен этапов нарезки.

+-----------------------------------------------------------------------+
|                 HOLOGRAPHIC LITHOGRAPHY PROCESS                      |
+-----------------------------------------------------------------------+
|  [Laser Beam]                                                        |
|        │                                                              |
|        ▼                                                              |
|  [Nanoscale Lens Mask]                                                |
|        │  (Fixes light bending & spreading before laser hits liquid)  |
|        ▼                                                              |
|  [SU-8 Liquid Polymer Tank]                                           |
|        │  (Laser energy focuses at target points inside liquid)       |
|        ▼                                                              |
|  [Flash Cures in ~20s] ➔ [Wash Away Soft Liquid] ➔ [Finished Object] |
+-----------------------------------------------------------------------+

Устранение искривления света внутри жидкого полимера

Направлять лазерный луч глубоко в полупрозрачную полимерную жидкость — задача непростая. Жидкость естественным образом преломляет и рассеивает свет, что приводит к размытию конечного изображения.

Команда из штата Юта решила эту проблему, создав специальное устройство. наноразмерная линзовая маска расположен прямо перед лазером:

• Предварительная коррекция световых лучей: Микроскопические узоры на маске предварительно изменяют световые лучи, компенсируя рассеяние внутри жидкости.
• Целенаправленное энергетическое планирование: Когда лазерный луч проходит через маску, он точно попадает в целевые точки внутри жидкости, в результате чего пластик затвердевает только там, где это необходимо.

Аналогия с шаблоном

Профессор Раджеш Менон объяснил этот процесс, используя простой пример из выпечки:

«Наноразмерная маска действует как формочка для печенья, определяя сложную двухмерную форму на толстом слое теста, в то время как лазер одновременно выступает в качестве внутреннего источника тепла, который запекает и затвердевает полимерную смолу изнутри».

3. Полимерный материал и результаты испытаний

Как затвердевает фоторезист SU-8

Принтер использует Фоторезист SU-8Прочный эпоксидный жидкий стандарт, используемый в миниатюрных механических устройствах:

1. Химическая связь: Мощный лазерный луч разрывает химические связи внутри жидкости, в результате чего полимерные цепи сцепляются, образуя твердое вещество.
2. Промывка неиспользованной смолы: Мягкая жидкость, не подвергшаяся воздействию лазерного излучения, остается незатвердевшей. Жидкие растворители смывают ее, оставляя после себя чистые, полые трехмерные детали.

Измеренная производительность

• Скорость: Затвердевает целые микрообъекты в ~20 секунд.
• Печатный том: Размеры до $800 \times 800 \times 720\ \mu\text{m}^3$.
• Воксельная частота: Достигает $0,36 \times 10^6\text{ вокселей/секунду}$.
• Разрешение функций: Микротрубки могут иметь внутреннюю и внешнюю ширину до 6 мкм.
• Соотношение высоты и ширины (соотношение сторон): Соотношение цены и качества превышает 120:1, при этом изделие не гнется и не ломается.

4. Лабораторные испытания в реальных условиях

Чтобы доказать работоспособность напечатанных деталей в реальных условиях, команда из штата Юта создала массивы микротрубчатых решеток различной сложности.

+-----------------------------------------------------------------------+
|                       LAB EXPERIMENT RESULTS                          |
+-----------------------------------------------------------------------+
| 1. Liquid Flow Test:                                                  |
|    • Microtubes pull liquids through channels without leaking         |
|                                                                       |
| 2. Pressure Test:                                                     |
|    • Parts handle repeated squeezing without layer cracking           |
+-----------------------------------------------------------------------+

1. Плавное движение: Испытания подтвердили, что полые микротрубки втягивают жидкости через свои внутренние каналы, используя природные факторы. капиллярное действие. Каналы оставались открытыми и не заблокированными.
2. Сила сжатия: В ходе многократных испытаний на сжатие твердые микрообъекты выдерживали большие нагрузки. Поскольку они отверждались за один цикл без границ слоев, они не раскалывались и не отслаивались.

5. Текущие ограничения и перспективы на будущее

Профессор Менон отмечает, что, хотя принтер и работает быстро, на данный момент у него есть одно главное ограничение:

• Текущий этап («Расширенное 2D»): Этот инструмент обеспечивает полный контроль над размерами X и Y, одновременно перемещая фигуру прямо вниз по оси Z. Хотя деталь имеет трехмерные длину, ширину и высоту, она пока не может создавать совершенно случайные трехмерные формы, изменяющиеся во всех направлениях одновременно.
• Дальнейшая работа: Команда разрабатывает моторизованные оптические компоненты для достижения… полный трехмерный геометрический контроль. Время печати в 20 секунд также позволит осуществлять непрерывную печать на конвейерных лентах в процессе сборки.

6. Часто задаваемые вопросы

В1: Что такое однократная голографическая 3D-печать?

Отвечать: Это технология, позволяющая затвердить целый микрообъект примерно за 20 секунд с помощью одного лазерного импульса, проходящего через оптическую маску с заданным рисунком. Вместо нанесения линий или послойного нанесения энергии, лазерная энергия затвердевает жидкий фотополимер за один раз.

В2: Почему голографическая печать предотвращает растрескивание слоев?

Отвечать: Этот метод предотвращает растрескивание слоев, поскольку затвердевает весь объект за одно световое воздействие, без наложения отдельных срезов. В результате образуется цельный кусок без внутренних швов или слабых границ.

В3: Какой полимерный материал используется в этом принтере?

Отвечать: В принтере используется фоторезист SU-8, жидкий полимер на основе эпоксидной смолы. При воздействии лазерного излучения его длинные полимерные цепи сшиваются, образуя твердую структуру, а неиспользованная жидкость смывается растворителем.

Вопрос 4: Насколько малы фигуры, создаваемые этим принтером?

Отвечать: Принтер способен создавать микротрубчатые структуры размером до 6 микрометров в ширину, с соотношением высоты к ширине более 120 к 1, в пределах рабочей области размером 800 x 800 x 720 кубических микрометров.

7. Ссылка на журнал

• Название статьи: Однократная голографическая литография микроструктур со сверхвысоким соотношением сторон
• Журнал: Nature Communications (Опубликовано в июле 2026 г.)
• Ведущие авторы: Профессор Раджеш Менон и Даджун Лин (лаборатория Менона)
• Университет: Кафедра электротехники и вычислительной техники, Инженерный колледж Прайса, Университет Юты
• Ссылка на DOI: 10.1038/s41467-026-73975-4

Об авторе

Феликс Ли является генеральным директором в Forgecise, передовая производственная компания, специализирующаяся на высокоточном аддитивном производстве, фотополимерном отверждении и стратегиях масштабирования производства.

• Примечание редактора: Данный отчет был составлен независимо. Все технические показатели были проверены непосредственно по данным опубликованной исследовательской работы. Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-026-73975-4).