Учёные из Университета Юты создали новый метод объёмной 3D-печати, позволяющий формировать сложные микроструктуры не послойно, а целиком — за одно экспонирование.
В основе технологии — голографическое формирование светового поля. Вместо перемещения лазерной головки или последовательного нанесения тысяч слоёв применяется специальная маска, превращающая луч лазера в трёхмерный световой рисунок внутри фотополимера.
Ключевая особенность разработки — компенсация оптических искажений, возникающих при прохождении света через толстый слой фоточувствительного материала. Обычная фотолитография работает хорошо только на поверхности: при проникновении лазера вглубь неоднородного полимера лучи рассеиваются, и изображение теряет резкость.
Для устранения этих дефектов исследователи разработали программу построения фазовой маски, которая заранее корректирует искажения и направляет энергию лазера строго в нужные области. В качестве рабочего материала использовался фотополимер SU-8 — под действием света его молекулярные цепочки сшиваются, превращая жидкий состав в твёрдую структуру.
Во время экспериментов прототип принтера создавал ажурные конструкции, массивы микротрубочек и элементы размером около 6 мкм. Отдельным вызовом стала печать полых элементов по высоте, с которой в итоге удалось справиться.
Печать велась со скоростью 1 мм³/с при разрешении 24 мкм на воксель — в каждом кубическом миллиметре модели помещалось 10⁵ вокселей. Изделия формировались сразу во всём объёме за считанные секунды: например, миллиметровые цилиндры и кубы печатались за 7,5 с.
При этом готовые модели оказались механически прочными и функциональными — напечатанные микротрубочки успешно работали как капилляры для перекачки жидкостей.
Разработчики полагают, что голографическая печать в перспективе может применяться для массового производства микрофлюидных устройств, в том числе медицинского назначения, компонентов MEMS-систем, оптических элементов и метаматериалов с заданными свойствами.