Физики превратили обычный проектор в 3D-принтер оригами

Сложные трехмерные фигуры можно печатать, используя обычный проектор, программу Power Point и светочувствительный полимер, твердеющий при освещении лучами определенного цвета, заявляют китайские ученые в статье, опубликованной в журнале Science Advances. 

"Усушка" полимеров всегда считалось главной проблемой при изготовлении композитных материалов и при работе обычных трехмерных принтеров. Мы в очередной раз продемонстрировали, что при смене точки обзора что-то вредное может стать чем-то очень полезным", — рассказывает Дайнин Фан (Daining Fang) из университета Пекина (Китай).

За последние 50-70 лет ученые открыли несколько сотен видов полимеров, особым образом реагирующих на свет – часть из них разлагается при контакте с ультрафиолетом или видимым светом, а другие материалы, наоборот, твердеют. И те и другие вещества сегодня активно используются при производстве микрочипов и для многих других материалов и устройств, в том числе и 3D-принтеров.

Главной проблемой всех этих полимеров является то, что они постепенно "усыхают" во время твердения, в результате чего их нельзя использовать для печати трехмерных конструкций на весу, так как они начинают искривляться и изгибаться при затвердевании их внешних слоев. По этой причине все трехмерные принтеры и устройства, использующие фотополимеры, используют специальные подложки для печати, которые не дают материалу "скукожиться" в ходе их изготовления.

Фан и его коллеги придумали, как приспособить это свойство фотополимеров для печати своеобразного "трехмерного оригами", складывающегося в нужную форму благодаря данному "недостатку" этих материалов.

Для этого необходимы всего три вещи – обычный светодиодный проектор, полимерный материал, насыщенный специальным веществом, поглощающим свет, и компьютер с программой Power Point, подключенный к этому проектору.

Как объясняет ученый, скорость, с которой твердеет полимер, нелинейным образом зависит от яркости света и продолжительности облучения им, что позволяет создавать области с разной толщиной и скоростью затвердевания внутри емкости с жидкой версией этого вещества. Соответственно, выводя через проектор слайды с разными узорами и пропуская его свет через такую емкость, можно получать очень сложные трехмерные конструкции, самостоятельно складывающиеся в нужную форму после их извлечения из раствора или прямо внутри него.

Конструкцию, по словам Фана, можно усложнить еще больше, если перевернуть напечатанный лист "оригами" и нанести еще один слой полимера, который поменяет форму всей трехмерной конструкции, заставив ее гнуться и в противоположную сторону.

Главным плюсом этой методики трехмерной печати, как отмечают сами ученые, является ее универсальность – любой человек с проектором и Power Point или аналогичной программой для демонстрации слайдов сможет напечатать все, что ему захочется. Единственным ограничением пока является размер фигурок – он ограничен примерно 2-3 сантиметрами из-за неспособности полимера изгибаться при большой толщине.

Возможно, что другие виды полимеров позволят создавать более крупные или миниатюрные версии "оригами", пригодные для создания инструментов или, к примеру, гибких микросхем и электронных устройств.