Традиционная послойная печать уходит в прошлое. Группа ученых представила технологию, которая позволяет создавать новые сложные структуры непосредственно на поверхности уже существующих предметов — будь то сталь, стекло или электроника. Процесс занимает считанные секунды. В ходе серии экспериментов исследователи напечатали микроскопические каналы для жидкостей вокруг встроенных стеклянных сфер, изготовили прецизионные шестерни прямо на полированных стальных стержнях и создали миниатюрную линзу на корпусе работающего светодиода. Об этом сообщает The Debrief.
![]()
Фото из открытых источников / Иллюстративное изображение, созданное ИИ / © GigaChat
В основе прорыва лежит усовершенствованная томографическая волюметрическая аддитивная производственная технология (TVAM). В отличие от классических принтеров, которые строят объект слой за слоем снизу вверх, эта система проецирует рассчитанные световые узоры во вращающуюся ванну с фотополимерной смолой. Весь объем затвердевает одновременно под воздействием накопленной энергии света.
«Tomographic Volumetric Additive Manufacturing (TVAM) — это основанная на свете техника 3D-печати, способная производить объекты сантиметрового масштаба за секунды», — пишут исследователи. «Эта работа демонстрирует широкий спектр сценариев печати, где новые структуры печатаются напрямую на предварительно существующих компонентах из разных материалов».
Главная проблема волюметрической печати всегда заключалась в оптике. Любой предмет внутри ванны искажает, рассеивает или блокирует свет, разрушая геометрию будущей детали. Старые математические модели воспринимали внутренние препятствия либо полностью прозрачными, либо абсолютно черными, что не работает в реальных условиях производства. Чтобы обойти эти ограничения, команда разработала вычислительный фреймворк Dr.TVAM. Программа использует физически обоснованный трассировщик лучей, который просчитывает прохождение света через материалы с разными свойствами и тут же корректирует проецируемое изображение. Код системы выложен в открытый доступ.
Одним из самых наглядных тестов стала печать микроканалов внутри уже собранной герметичной камеры. Обычно такие биомедицинские чипы собирают из нескольких частей, рискуя получить протечки или занести бактерии. Новый метод позволил создать перфузируемые каналы сложной формы прямо в закрытом боксе. Подтверждением работоспособности стало успешное течение окрашенной жидкости по готовым спиралям и разветвлениям.
Ученые пошли дальше, реализовав так называемую контекстно-зависимую печать. Две крошечные стеклянные сферы поместили в камеру с гидрогелем. Система сделала два снимка камерами, определила точное положение объектов в пространстве менее чем за минуту и сгенерировала индивидуальный световой паттерн. В итоге получились пустотелые каналы, соединяющие сферы с портами входа и выхода, а также защитные полости вокруг самих стекляшек. Весь цикл (от обнаружения до готового изделия) занял меньше трех минут. Такой подход открывает путь к биопечати, где оборудование будет автоматически адаптироваться под расположение живых тканей без их идеального позиционирования вручную.
Точность моделирования света подтвердилась и на металле. При печати шестерни на полированной стали старая модель проигнорировала зеркальное отражение. В результате мелкие отверстия детали оказались залиты лишним полимером. Учет реального рассеивания света в алгоритме Dr.TVAM позволил сохранить сложную геометрию зубцов в первозданном виде.
Апогеем демонстрации стал эксперимент с электроникой. Используя светодиодную систему печати, инженеры сформировали прямо на кристалле красного LED-чипа маленькую линзу и крестообразный символ. При включении лампочка начала проецировать этот символ на стену, превратившись в готовый микро-проектор без единого болта дополнительной сборки.
Сама концепция волюметрической печати визуально напоминает сцену из фантастических фильмов, где предметы материализуются в воздухе. Однако ее реальный прототип появился еще в 2017 году, когда ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха впервые показали вращающуюся ванну со смолой. Тогда процесс был грубым и не позволял интегрировать готовые детали. Кроме того, скорость новой технологии радикально меняет экономику мелкосерийного производства: если классическому SLA-принтеру требуется около часа на создание сложного медицинского импланта, TVAM-система справляется с аналогичным объемом за время, пока лаборант моет руки.
По словам разработчиков, на следующем этапе они учтут изменения коэффициента преломления смолы прямо в процессе ее застывания и диффузии химических ингибиторов. Это расширит границы точности и позволит печатать механизмы, оптику и биологические конструкции в рамках единого производственного цикла.
