Способ моментальной инициации полимеризации объекта Российский патент 2023 года по МПК B01J19/12 B29C35/08 

Изобретение относится к способам инициации полимеризации полимеризационноспособных объектов, в частности биоинженерных тканей.

Известен способ инициации полимеризации объекта, включающий поточечное облучение объекта сфокусированным пучком фемтосекундного лазера (А.В. Пикулин, Н.М. Битюрин, "Флуктуационные ограничения минимального размера вокселя при лазерной нанополимеризации", Журнал технической физики, 2012, том 82, вып. 5, сс. 120-128).

Осуществление этого способа требует значительных временных затрат, обусловленных поточечным облучением полимеризуемого объекта.

Известен способ инициации полимеризации объекта, включающий послойное облучение объекта лазерами в трех взаимно перпендикулярных плоскостях (Shusteff, M., et al., One-step volumetric additive manufacturing of complex polymer structures. Science Advances, 2017. 3 (12): p. eaao5496).

Осуществление этого способа требует немалых временных затрат на послойное облучение полимеризуемого объекта при сохранении в процессе облучения потенциальной возможности схождения лучей в областях, не предназначенных для полимеризации.

Известен способ инициации полимеризации объекта, включающий последовательное облучение участков полимеризуемого объекта в ортогональных плоскостях лучами с разной длиной волны (US 4041476; Regehly, M., et al., "Xolography for linear volumetric 3D printing", Nature, 2020, 588 (7839): p. 620-624).

Осуществление этого способа связано с временными затратами на последовательное облучение участков полимеризуемого объекта, к тому же приводящее к искаженному взаиморасположению фронтальной и боковой проекций полимеризуемого объекта.

Технический результат от использования предлагаемого способа заключается в сокращении времени на инициацию полимеризации объекта и повышении качества его полимеризации.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе инициации полимеризации полимеризационноспособного объекта, включающем облучение объекта волной с несущей частотой в оптическом, в частности световом, ультрафиолетовом или инфракрасном, диапазоне, облучение производят через фазовый транспарант, соответствующий дифракционному рельефу образа объекта, импульсом с мощностью и длительностью, обеспечивающими полимеризацию данного объекта.

Облучение производят прямоугольным импульсом с плоским фронтом волны, что обеспечивает возможность одновременной полимеризации всего объекта без искажений.

Мощность и длительность импульса подбирают в соответствии со свойствами материала объекта.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит лазер 1, формирователь 2 плоского фронта волны, фазовый транспарант 3, после прохождения которого излучение попадает на объект 4, предназначенный для полимеризации.

Способ инициации полимеризации полимеризационноспособного объекта осуществляют следующим образом.

Облучают полимеризационноспособный объект 4 прямоугольным импульсом с несущей частотой в оптическом диапазоне, формируемым лазером 1, последовательно через формирователь 2 и фазовый транспарант 3. В результате инициируется полимеризация объекта 4 в соответствии с требованиями, заданными структурой фазового транспаранта 3.

Структура фазового транспаранта 3 определяется заранее вычисленной голограммой объекта 4. Вычисление голограммы объекта 4 производят следующим образом.

Формируют математическую модель объекта 4 в виде точек, заполняющих его объем и расположенных на расстоянии 0,3-1,0 λ, где λ - длина излучаемой лазером 1 волны.

Совокупность точек модели подвергают преобразованию Френеля, в результате чего получают математическую модель интерференционной картины фронта излучения, являющуюся основой для формирования соответствующей ей голограммы объекта 4.

Изобретение может быть использовано для полимеризации биоинженерных тканей. Способ полимеризации полимеризационноспособного объекта включает облучение объекта 4 волной с несущей частотой в оптическом диапазоне прямоугольным импульсом с плоским фронтом волны. При этом полимеризацию проводят облучением лазером 1 через фазовый транспарант 3, структура которого определена голограммой полимеризуемого объекта, сформированной на основе математической модели с использованием точек, заполняющих его объем и расположенных на расстоянии 0,3-1,0 λ, где λ - длина излучаемой лазером волны, совокупность которых подвергнута преобразованию Френеля. Технический результат заключается в улучшении качества полимеризации при сокращении времени ее проведения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ полимеризации полимеризационноспособного объекта, в первую очередь представляющего собой биоинженерные ткани, включающий облучение объекта волной с несущей частотой в оптическом диапазоне, отличающийся тем, что облучение производят через фазовый транспарант прямоугольным импульсом волной с плоским фронтом с мощностью и длительностью, обеспечивающими полимеризацию данного объекта, полимеризацию объекта проводят облучением лазером, структура которого определена голограммой полимеризуемого объекта, сформированной на основе математической модели с использованием точек, заполняющих его объем и расположенных на расстоянии 0,3-1,0 λ, где λ - длина излучаемой лазером волны, совокупность которых подвергнута преобразованию Френеля.

2. Способ полимеризации полимеризационноспособного объекта по п. 1, отличающийся тем, что облучение объекта производят волной с несущей частотой в оптическом диапазоне, в частности световом, ультрафиолетовом или инфракрасном диапазоне.