Hologramas mejoran la eficiencia y la resolución de la impresión 3D

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Mientras que las impresoras 3D tradicionales funcionan depositando capas de material, la fabricación aditiva volumétrica tomográfica (TVAM) implica proyectar luz láser sobre un vial giratorio de resina hasta que se endurece donde la energía acumulada excede un cierto umbral.

Una ventaja de la TVAM es que puede producir objetos en cuestión de segundos, en comparación con los aproximadamente 10 minutos de la impresión 3D basada en capas.

Pero una desventaja es que es muy ineficiente, porque solo alrededor del 1% de la luz codificada llega a la resina para producir la forma deseada.

Investigadores del Laboratorio de Dispositivos Fotónicos Aplicados de la EPFL, dirigido por el profesor Christophe Moser, y del Centro de Ingeniería Fotónica de la SDU, dirigido por el profesor Jesper Glückstad, han informado sobre un método de TVAM que reduce significativamente la cantidad de energía necesaria para fabricar objetos, al mismo tiempo que aumenta la resolución.

La técnica implica proyectar un holograma tridimensional de una forma sobre el vial giratorio de resina.

A diferencia del TVAM tradicional, que codifica la información en la amplitud (altura) de las ondas de luz proyectadas, el método holográfico aprovecha su fase o posición.

Este pequeño cambio tiene un gran impacto.

“Todas las entradas de pixeles contribuyen a la imagen holográfica en todos los planos, lo que nos da una mayor eficiencia lumínica y una mejor resolución espacial en el objeto 3D final, ya que los patrones proyectados se pueden controlar en la profundidad de proyección“, resume Moser.

El equipo imprimió objetos 3D complejos, como barcos en miniatura, esferas, cilindros y obras de arte, en menos de 60 segundos con una precisión excepcional, utilizando 25 veces menos potencia óptica que los estudios anteriores.

Los hologramas se generan utilizando una técnica llamada HoloTile, que fue inventada por el profesor Glückstad.

HoloTile implica la superposición de múltiples hologramas de un patrón de proyección deseado y elimina la interferencia de luz aleatoria llamada ruido de moteado que de otro modo crearía imágenes granuladas.

Aunque ya se había informado sobre la fabricación aditiva volumétrica holográfica, el enfoque del equipo conjunto EPFL-SDU es el primero en producir objetos impresos en 3D de alta fidelidad, en gran parte gracias al uso de HoloTile.

La estudiante de EPFL y autora principal María Isabel Álvarez-Castaño explica que otro aspecto único del enfoque holográfico es que los rayos holográficos se pueden hacer “autocurativos“, lo que significa que pueden propagarse a través de una resina sin que las partículas pequeñas los desvíen de su curso.

Esta propiedad de autocuración es esencial para la impresión 3D con biorresinas e hidrogeles que están cargados con células, lo que hace que el método sea ideal para aplicaciones biomédicas.

“Estamos interesados en utilizar nuestro enfoque para construir formas complejas en 3D de estructuras biológicas, lo que nos permitirá bioimprimir, por ejemplo, modelos a escala real de tejidos u órganos“, dice Álvarez-Castaño.

En el futuro, el equipo tiene como objetivo mejorar la eficiencia de su método en otro doble sentido.

Moser afirma que, con algunas mejoras computacionales, el objetivo final es utilizar la fabricación aditiva volumétrica holográfica para fabricar objetos simplemente proyectando un holograma sobre una resina, sin necesidad de rotarla.

Esto podría simplificar aún más la fabricación aditiva volumétrica y aumentar el potencial de procesos de fabricación de alto volumen y de bajo consumo energético.

Agrega que el hecho de que los hologramas se puedan codificar utilizando equipos comerciales estándar aumenta la practicidad del enfoque.

“La incorporación holográfica a la tecnología TVAM prepara el terreno para la próxima generación de sistemas de fabricación aditiva volumétrica eficientes, precisos y rápidos”, resume.

Fuente: Nature