Η τρισδιάστατη εκτύπωση (3D printing) έχει πάψει να είναι κάτι καινούριο. Από τεχνολογικούς ενθουσιώδεις που δημιουργούν ψηφιακά αντικείμενα, μέχρι την εκτύπωση μετάλλων στο διάστημα, την κατασκευή προσαρμοσμένων οστών για ασθενείς, ή ακόμα και την επισκευή στρατιωτικών όπλων με τρισδιάστατα εκτυπωμένα μέρη, οι εφαρμογές είναι πολλές. Ωστόσο, όλες αυτές οι τεχνολογίες βασίζονται ακόμα στην μηχανική σάρωση από ένα ακροφύσιο εκτυπωτή, χτίζοντας αντικείμενα στρώμα-στρώμα, κάτι που απαιτεί λεπτά ή και ώρες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η βελτίωση της ακρίβειας επιβραδύνει ακόμη περισσότερο τη διαδικασία.
Τώρα, μια ομάδα Κινέζων επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο Tsinghua παρουσίασε μια νέα προσέγγιση. Τοποθετώντας το υλικό εκτύπωσης μέσα σε ένα διαφανές δοχείο, με το πάτημα ενός διακόπτη, κατάφεραν να το μετατρέψουν σε στερεή δομή μέσα σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο, χρησιμοποιώντας ολογραφική προβολή. Αυτή η μέθοδος, που βρίσκεται κάπου ανάμεσα στην χάραξη και την εκτύπωση, πέτυχε ταυτόχρονα υψηλή ταχύτητα και υψηλή ακρίβεια, εκτυπώνοντας εξαρτήματα κλίμακας χιλιοστών σε μόλις 0,6 δευτερόλεπτα.
Η επαναστατική αυτή ανακάλυψη δημοσιεύθηκε στο Nature στις 12 Φεβρουαρίου, με τους κριτές να την χαρακτηρίζουν “την ταχύτερη ογκομετρική τρισδιάστατη εκτύπωση που έχει αναφερθεί ποτέ”. Η ομάδα χρησιμοποίησε ένα περισκόπιο υψηλής ταχύτητας και μια διάταξη μικροκαθρεπτών για να προβάλει φως από πολλαπλές γωνίες ταυτόχρονα σε ένα φωτοευαίσθητο υλικό. Η ακριβής έκθεση στερεοποίησε ακαριαία την τρισδιάστατη δομή. Το βάθος εκτύπωσης έφτασε τα 10 χιλιοστά, με χαρακτηριστικά μεγέθους μόλις 12 μικρομέτρων – πολύ λεπτότερα από μια ανθρώπινη τρίχα.
Καθώς το υλικό παραμένει ακίνητο, αποφεύγονται τα λάθη που προκαλούνται από δονήσεις. Η παραδοσιακή τρισδιάστατη εκτύπωση απαιτεί τη χρήση παχύρρευστων υλικών για να αποτρέψει την παραμόρφωση, αλλά αυτή η νέα μέθοδος λειτουργεί με οποιοδήποτε ρευστό, όπως υδατώδεις διαλύματα, παχύρρευστες ρητίνες και βιολογικά υδρογέλ. Μόλις ολοκληρωθεί η εκτύπωση, το τελικό εξάρτημα κατακάθεται υπό την επίδραση της βαρύτητας, δημιουργώντας χώρο για συνεχή παραγωγή.
Τα εργαστηριακά δείγματα που εκτύπωσαν οι ερευνητές περιλαμβάνουν τετραεδρικά πλαίσια, ένα μοντέλο αεροπλάνου, ένα ομοίωμα καλαμαριού, ελικοειδείς σωλήνες και ένα άγαλμα του Θεοδώριχου του Μεγάλου, ηγεμόνα της Ιταλίας κατά την ύστερη αρχαιότητα. Η σημασία αυτής της εξέλιξης έγκειται όχι μόνο στην ταχύτητα εκτύπωσης κάτω του δευτερολέπτου, αλλά και στην ευρεία εφαρμοσιμότητά της.
Η ομάδα έχει ήδη χρησιμοποιήσει βιοσυμβατά υλικά για να δημιουργήσει ελικοειδείς σωλήνες και διακλαδισμένες δομές που μιμούνται τα αιμοφόρα αγγεία, ανοίγοντας νέες δυνατότητες στην μηχανική ιστών και τον έλεγχο φαρμάκων. Χάρη στην σταθερή διάταξή της, η μέθοδος είναι επίσης κατάλληλη για εκτύπωση in-situ απευθείας σε ζωντανούς ιστούς, μικρορευστικά τσιπς ή δίσκους καλλιέργειας, υποδηλώνοντας ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στη βιοϊατρική και την ενσωμάτωση μικροσυστημάτων.
Με το υλικό εκτύπωσης να ρέει μέσα από έναν διαφανή σωλήνα, το σύστημα μπορεί να επιτύχει πλήρως αυτοματοποιημένη συνεχή τρισδιάστατη εκτύπωση, είτε μαζικής παραγωγής μικροδομών είτε προσαρμόζοντας σχήματα “εν κινήσει”. Μπορεί ακόμη και να προσαρμόζει τις συγκεντρώσεις υλικών κατά τη διάρκεια της εκτύπωσης για να δημιουργήσει χιλιάδες φορείς φαρμάκων με διαφορετικές δόσεις σε μία μόνο εκτέλεση.
Η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή εύκαμπτων ηλεκτρονικών υλικών, μικρορομπότ, μονάδων καμερών smartphone και πολυστρωματικών δομών που οι παραδοσιακές μέθοδοι δυσκολεύονται να δημιουργήσουν. Κοιτάζοντας προς το μέλλον, η ομάδα σχεδιάζει να βελτιώσει το σύστημα προβολής χρησιμοποιώντας πολλαπλές δέσμες ή ακόμα και διάφορα χρώματα φωτός για να ελέγξει με ακρίβεια πολύπλοκα υλικά. Διερευνά επίσης την παρακολούθηση 3D σε πραγματικό χρόνο για να επιτρέψει την εκτύπωση πολλαπλών υλικών ή τροποποιήσεις σε υπάρχουσες δομές.
