На текущем этапе развития технологии трёхмерной печати одной из наиболее актуальных проблем в этой сфере является возможность печати цветных 3Д-объектов. Нет, существуют, конечно, принтеры, которые могут оперировать одновременно несколькими цветами — для этого они оборудованы двумя-тремя экструдерами, и заправляются катушками с нитями разных цветов. Но подобный сценарий актуален далеко не для всех технологий трёхмерной печати — его можно реализовать, к примеру, при селективном лазерном спекании (SLS) или стереолитографии (SLA). Однако 3D-принтеры постоянно развиваются и совершенствуются, и одним из последних достижений в этой сфере нас недавно порадовали учёные из Института фотонных наук (IFCO), расположенного в Испании.
Исследователям удалось разработать более быстрый и экономически выгодный метод трёхмерной печати, позволяющий производить трёхмерные объекты во множестве цветов одновременно. Именно об этом открытии мы сегодня и поговорим.
Как известно, 3D-принтеры, работающие на основе технологии SLS, что расшифровывается как selective laser sintering, для нагрева порошкообразных материалов, в роли которых обычно выступают нейлон или полиамид, используют лазерный луч. Под действием последнего частицы порошка спекаются, образуя сплошную твёрдую массу. Печатающий аппарат постепенно наносит материал слой за слоем, пока не будет создан требуемый трёхмерный объект. Для снижения энергетических затрат такого процесса печати исследователи сделали следующее: они просто добавили в полимерные порошки специфические компоненты — фотосенсибилизаторы, а именно графен, углеродную сажу и углеродные нанотрубки.
Показатель светопоглощения у этих материалов гораздо выше, нежели у обычных полимеров, кроме того, процесс преобразования света в тепловую энергию происходит намного быстрее. Как результат, в таких принтерах можно использовать менее мощные, соответственно, более дешёвые лазерные установки. Тем не менее, из фотосенсибилизаторов, в основе которых лежит углерод, можно производить трёхмерные печатные изделия только чёрного или серого цветов. Собственно, в этом и заключалась главная задача исследователей, работающих в Институте фотонных наук (ICFO, The Institute of Photonic Sciences) — они намеревались изобрести такой фотосенсибилизатор, с помощью которого можно было бы воспроизводить цветные изделия посредством SLS-технологии печати.
Говоря о расходных материалах для трёхмерных принтеров, хотелось бы в двух словах вспомнить и их обычных лазерных коллег, используемых для изготовления бумажных документов. Изобретать в их случае ничего не нужно, ведь они прекрасно обходятся и с уже давно существующим тонером, вот только последний, будучи помещённый в новый фирменный контейнер, стоит слишком уж дорого. Решение проблемы, как это частенько бывает, до смешного простое: всего-то нужно использовать лазерные картриджи по два-три раза, заправляя их подходящим тонером в одном из специализированных сервисных центров! Для примера, заправка картриджа CF244A стоит лишь 350 рублей, и это в несколько раз дешевле нового тонер-блока.
Чтобы создать стабильные разноцветные нанокомпозитные порошки, учёные покрыли золотые наностержни кремнеземом до того, как их смешали с полиамидными порошками.
По мнению учёных мужей, полученные в итоге композиты продемонстрировали существенно улучшенные показатели преобразование света в тепловую энергию по сравнению с другими композитными материалами, в которых в качестве сенсибилизатора использовалась стандартная углеродная сажа. Кроме всего прочего, новый материал, как уже упоминалось, можно спекать при помощи маломощных источников энергии. Ну, а при смешивании с нужными красителями эти фотосенсибилизаторы могут использоваться для печати разноцветных трёхмерных объектов.
Исследователи уже успели получить несколько патентов на своё изобретение и утверждают, что созданная ими технология является экономически эффективной даже для крупномасштабного промышленного производства. Что ж, время покажет.
