Исследователи из Лаборатории прикладных фотонных устройств EPFL под руководством профессора Кристофа Мозера и из Центра фотонной инженерии SDU под руководством профессора Йеспера Глюкстада сообщили в Nature Communications о методе TVAM, который значительно снижает количество энергии, требуемой для изготовления объектов, одновременно повышая разрешение. Технология включает в себя проецирование трехмерной голограммы определенной формы на вращающийся флакон со смолой. В отличие от традиционного TVAM, который кодирует информацию в амплитуде (высоте) проецируемых световых волн, голографический метод использует преимущества их фазы, или положения.

Это небольшое изменение имеет большое значение. "Все пиксельные входные данные вносят свой вклад в голографическое изображение во всех плоскостях, что дает нам большую светоотдачу, а также лучшее пространственное разрешение конечного 3D-объекта, поскольку проецируемыми узорами можно управлять по глубине проекции", - резюмирует Мозер.

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

Имитация сложных биологических структур

Голограммы генерируются с использованием технологии под названием HoloTile, которая была изобретена профессором Глюкстадом. HoloTile предполагает наложение нескольких голограмм с желаемым рисунком проекции и устраняет случайные световые помехи, 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, который позволяет получать объекты с 3D-печатью такого высокого качества, во многом благодаря использованию HoloTile.

Студентка EPFL и ведущий автор Мария Изабель Альварес-Кастаньо объясняет, что еще одним уникальным аспектом голографического подхода является то, что лучи голограмм можно сделать "самовосстанавливающимися", то есть они могут распространяться через смолу, не сбиваясь с курса мелкими частицами. Это свойство самовосстановления необходимо для 3D-печати с использованием био-смол и гидрогелей, содержащих клетки, что делает метод идеально подходящим для биомедицинских применений.

"Мы заинтересованы в использовании нашего подхода для создания сложных 3D-форм биологических структур, что позволит нам выполнять биопечать, например, модели тканей или органов в натуральную величину", - говорит Альварес-Кастаньо.

В дальнейшем команда стремится повысить эффективность своего метода еще в два раза. Мозер говорит, что с некоторыми вычислительными усовершенствованиями конечная цель состоит в том, чтобы использовать голографическое объемное аддитивное производство для изготовления объектов путем простого проецирования голограммы на смолу без необходимости ее вращения. Это могло бы еще больше упростить объемное аддитивное производство и увеличить потенциал для крупномасштабных и энергоэффективных производственных процессов. Он добавляет, что тот факт, что голограммы могут быть закодированы с использованием стандартного коммерческого оборудования, повышает практичность подхода.

"Голографическое дополнение к технологии TVAM закладывает основу для следующего поколения эффективных, точных и быстрых систем объемного аддитивного производства", - резюмирует он.