Artūras Harnik. VU nuotr.

3D spausdinimas jau seniai nebėra tik mokslinėje fantastikoje sutinkama koncepcija. Atvirkščiai, tai kasdienio mūsų gyvenimo dalis. Ši technologija kasmet tampa vis labiau prieinama, o 3D spausdinimo rinkos dydis šiemet turėtų viršyti 30 mlrd. eurų vertę. Dar daugiau, per artimiausius penkerius metus ji išaugs dvigubai. Visgi, pilną 3D spausdinimo potencialą mes dar tik pradedame atrasti. Ši technologija pamažu keliasi į mikro ir nano lygį, kur, kaip rodo Vilniaus universiteto mokslininko Artūro Harnik tyrimai, gali būti sėkmingai naudojama naujos kartos lazerių kūrimui.

Tikslas – itin mažų komponentų gamyba

Šiais laikais 3D spausdintuvais gaminama vis daugiau dalykų. Netgi kalbama, kad ateityje tokiu būdu galėsime spausdinti žmogaus organus. Visgi, kaip sako VU Fizikos fakulteto doktorantas A. Harnik, iki to dar labai tolimas kelias – toks spausdinimas reikalauja itin aukšto lygio preciziškumo mikro ir nano lygmenyse. Viskas tampa dar kebliau, kai kalbame apie liuminesencinių (skleidžiančių šviesą) medžiagų spausdinimą.

Siekdami prisidėti prie šios srities pažangos, pašnekovas kartu su kolegomis iš Lietuvos ir Graikijos, nutarė paruošti savotišką apžvalgą bei apibendrinti jau dabar esančius 3D spausdinimo metodus, jų galimą panaudojimą. Ilgo ir kruopštaus analitinio darbo rezultatas virto straipsniu prestižiniame žurnale „Advanced Optical Materials“.

„Tai neblogas pasiekimas. Prieš tai esame bandę siųsti savo publikacijas į daugiau tokio lygio žurnalų, todėl puikiai žinojome, kad atrankos procesas ir reikalavimai – pakankamai griežti. Jeigu tik straipsnis nėra pakankamai geras ar išsamus, vargu ar ten pateksi. Dar yra ir redagavimo procesas – recenzentai teikia pastabas, pataisymus. Tai gali kartotis ir kelis kartus, kol straipsnis priimamas“, – apie publikacijos reikšmę pasakoja A. Harnik.

Jo ir kolegų analizė rodo, kad mikrostruktūrų 3D spausdinimas neatsitiktinai sulaukia didelio dėmesio. Mokslininkams ir inžinieriams ši technologija, visų pirma, aktuali dėl įvairių jos taikymo galimybių, tokių kaip fotoniniai kristalai ir bangolaidžiai. Ypač perspektyviu laikomas liuminescencinių medžiagų erdvinis struktūrizavimas, kuris gali būti taikomas biovaizdinimo, mikrolazerių ir mikro-šviesos diodų gamyboje.

„Tokio 3D spausdinimo pritaikymai būtų labai skirtingi. Mūsų tikslas – taikytis į mikrolazerių komponentus, optiką ir mikrooptiką. Tai labai svarbu, nes galėtume spausdinti be galo mažus komponentus. Jie gali būti naudojami ne tik lazeriuose, bet ir medicinos įrangoje, robotikoje“, – vardina VU mokslininkas.

Prof. Mangirdas Malinauskas ir Artūr Harnik. VU nuotr.

Trys spausdinimo būdai

A. Harnik ir kolegų analizė rodo, kad 3D spausdinimui gali būti naudojamos trijų tipų liuminesencinės medžiagos – organinės, hibridinės ir neorganinės. Iš jų lengviausiai yra pagaminamos pirmosios.

„Į jas nereikia maišyti jokių neorganinių dalelių. Hibridinėse jau yra šiek tiek neorganinių dalelių, todėl procesas pasidaro sunkesnis. Galiausiai, norint atspausdinti neorganinį 3D darinį, gautą daiktą dar reikia papildomai kalcinuoti (kaitinant skaidyti medžiagos, iš kurios jis pagamintas, karbonatus ir hidratus). Kitaip tariant, procesas dar labiau sudėtingėja ir ilgėja“, – vardina jis.

Vis dėlto, viskas nėra taip paprasta ir vienprasmiška. Kiekvienas tipas turi savo pliusų ir minusų, o pasirinkimas priklauso nuo to, kam ketinama naudoti spausdinamą komponentą. Pavyzdžiui, organika paprastai turi gana žemą garavimo temperatūrą. Tai reiškia, kad jos negalima naudoti prietaisuose, kur pasiekiama labai aukšta temperatūra, nes viskas paprasčiausiai išgaruos. Jos taip pat turi savybę blukti.

„Hibridinių junginių savybės gana panašios į organinių, nes pastarosios čia sudaro žymią jų dalį. Tačiau, jie nėra tokie jautrūs karščiui. Geresnės ir jų mechaninės savybės – medžiagos gali būti pastebimai kietesnės už organines.  Neorganiniai junginiai, tarkime keramikinės ar kristalinės medžiagos, yra labai stabilūs, nesilydo iki maždaug 1000 laipsnių temperatūros“, – mikro ir nano 3D spausdinimo subtilybes aiškina VU FF mokslininkas.

Straipsnis „Advanced Optical Materials“ – tai A. Harnik doktorantūros dalis. Pašnekovas 3D spausdinimo tyrimus, naudojant liuminescencines medžiagas, ketina aktyviai tęsti ir toliau. Anot jo, tokie tyrimai, ypatingai reikalingi tam, kad sritis toliau sėkmingai vystytųsi, o technologija praktiškai realizuotų savo potencialą.

„Smagu, kad apžvalginiame straipsnyje pavyko išsamiai parodyti, kaip galima spausdinti liuminescencines 3D mikro ir nano struktūras. Tai pirmasis toks apžvalginis straipsnis, kuriame taip giliai nagrinėjamas būtent liuminescencinių mikro ir nanostruktūrų 3D spausdinimas, o ne tik liuminescencinės erdvinės struktūros apskritai. Norisi tikėti, kad jis prisidės prie tolimesnio šių technologijų tobulinimo“, – viliasi A. Harnik.