Лазерные голограммы - новый способ улучшения качества технологий промышленной трехмерной печати - «Наука и технологии»

Одним из недостатков современных промышленных технологий лазерной трехмерной печати является сильный нагрев в точке контакта металла с лучом лазерного света. Этот нагрев плавит металлический порошок, но он также приводит к появлению областей внутренней механической напряженности и деформации изготавливаемой детали. И все эти вещи практически не поддаются прогнозированию, что не дает возможности их как-то компенсировать. Однако, группа исследователей из Кембриджского университета нашла способ решения описанной выше проблемы. При помощи специальных голографических изображений, генерируемых компьютером при помощи сложных алгоритмов, можно управлять распределением энергии лазерного света в трех измерениях, что позволяет избежать лишнего нагрева изготавливаемой детали.

"Вместо использования одного единственного луча света мощного лазера мы используем несколько лучей лазерного света, фокусируемых особым образом в нужной точке трехмерного пространства" - рассказывает профессор Тим Уилкинсон (Tim Wilkinson), руководитель данного проекта, - "Это позволяет нам печатать детали "более трехмерным способом" и избежать возникновения тепловых деформаций".

Голограмма, по которой печатается трехмерный объект, рассчитывается и изменяется компьютером со скоростью около тысячи раз в секунду для улучшения контроля за распределением энергии. При этом, алгоритмы, которые производят управляющую голограмму, учитывают целый ряд тонкостей, таких, как свойства используемых материалов, оптические искажения, текущую температуру и т.п. "Такой голографический подход позволяет нам сделать такие вещи, которые раньше было сделать невозможно. Есть определенные виды структур, которые невозможно напечатать из-за возникающих тепловых деформаций" - рассказывает профессор Уилкинсон.

Сейчас ученые уже создали опытную установку с тремя лазерами, лучи которых отражаются от кремниевого "микродисплея", тонкого слоя жидких кристаллов на поверхности кремниевого чипа, который выступает в роли управляемой дифракционной решетки и изменяет фазу отражаемого луча лазерного света. А в ближайшее время кембриджские исследователи планируют создание более совершенной установки, в которой будут использованы восемь лазеров, суммарной мощностью в 200 Вт, которой достаточно для плавления частичек алюминиевого порошка.

Кроме проверки работы жидкокристаллических микродисплеев на таком уровне мощности лазерного света, ученые, при помощи новой установки, будут работать с металлическими порошками с добавлением пластмасс и смол для улучшения алгоритмов составления управляющих голограмм. Согласно планам, новая и более мощная установка начнет работать в 2020 году, а данный проект, результатом которого должна стать полностью работоспособная промышленная установка, будет завершен к 2022 году.