Голограммы повышают эффективность и разрешение 3D -печати

В то время как традиционные 3D -принтеры работают, положив слои материала, томографическое объемное производство аддитивного добавки (TVAM) включает в себя сияющий лазерный свет в вращающемся флаконе смолы до тех пор, пока оно не затвердеет там, где накопленная энергия не превышает определенный порог. Преимущество TVAM заключается в том, что он может производить объекты в течение секунды, по сравнению с примерно 10 минут для 3D-печати на основе слоя. Но недостатком является то, что он очень неэффективен, потому что только около 1% кодируемого света достигает смолы, чтобы получить желаемую форму.

Исследователи из лаборатории прикладных фотонных устройств EPFL, возглавляемой профессором Кристофом Мозером и из Центра инженерии фотоники SDU, во главе с профессором Джеспером Глюкстадом, сообщили о методе TVAM в Природная связь Это значительно уменьшает количество энергии, необходимой для изготовления объектов, одновременно увеличивая разрешение.

Техника включает в себя проецирование трехмерной голограммы формы на вращающемся флаконе смолы. В отличие от традиционного TVAM, который кодирует информацию в амплитуде (высоте) прогнозируемых легких волн, голографический метод использует их фазу или положение.

Это небольшое изменение оказывает большое влияние. «Все входы пикселей способствуют голографическому изображению во всех плоскостях, что дает нам большую эффективность света, а также лучшее пространственное разрешение в конечном 3D -объекте, так как прогнозируемые шаблоны могут контролироваться на глубине проекции», — приказывается Мозер.

В недавно опубликованной работе команда печатала сложные 3D -объекты, такие как миниатюрные лодки, сферы, цилиндры и произведения искусства менее чем за 60 секунд с исключительной точностью, используя в 25 раз меньше оптической мощности, чем в предыдущих исследованиях.

Имитируя сложные биологические структуры

Голограммы генерируются с использованием техники под названием Holotile, которая была изобретена профессором Глюкстадом. Holotile включает в себя наложение нескольких голограмм желаемой проекции и устраняет случайные интерференции, называемые спекл -шумом, которые в противном случае создавали бы зернистые изображения. Несмотря на то, что ранее сообщалось о голографическом объемном аддитивном производстве, подход совместной команды EPFL-SDU является первым, кто дает такие высококачественные 3D-печатные объекты, в значительной степени благодаря использованию голотиля.

Студент EPFL и ведущий автор Мария Изабель Альварес-Кастаньо объясняет, что еще один уникальный аспект голографического подхода заключается в том, что лучи голограммы могут быть сделаны «самовосстанивающимися», то есть они могут распространяться через смолу, не будучи избавленными от курса небольшими частицами. Это свойство самовосстановления необходимо для 3D-печати с био-резинами и гидрогелями, которые загружены ячейками, что делает метод идеально подходящим для биомедицинских применений.

«Мы заинтересованы в использовании нашего подхода для создания трехмерных комплексных форм биологических структур, что позволяет нам биопринт, например, модели тканей или органов в жизненном масштабе»,-говорит Альварес-Кастаньо.

В дальнейшем команда стремится повысить эффективность своего метода еще одного двоя.

Мозер говорит, что при некоторых вычислительных улучшениях конечной целью является использование голографического объемного добавки для изготовления объектов, просто проецируя голограмму на смолу, без необходимости ее вращения. Это может дополнительно упростить объемное производство аддитивного производства и увеличить потенциал для высокодолуманных, энергоэффективных процессов изготовления.

Он добавляет, что тот факт, что голограммы могут быть закодированы с использованием стандартного коммерческого оборудования, добавляет практичности подхода.

«Голографическое дополнение к технологии TVAM создает основу для следующего поколения эффективных, точных и быстрых объемных систем производства добавок», — резюмирует он.