科学家们利用全息投影在基于光的三维打印技术中实现了前所未有的分辨率
传统的三维打印技术是一层一层地制造物体，而断层体积增材制造（TVAM）则采用了不同的方法。 它使用激光照射旋转的树脂瓶，只有当累积的能量超过特定阈值时，材料才会凝固。 TVAM 的一个主要优点是速度快--几秒钟内就能制作出物体，而传统的基于层的 3D 打印则需要 10 分钟左右。 然而，它的效率是一个主要缺点，因为只有约1%的投射光有助于形成预定形状。
该方法可在数秒内制造出毫米级物体。 图片来源：© LAPD EPFL
Christophe Moser教授领导的EPFL应用光子设备实验室和Jesper Glückstad教授领导的SDU光子工程中心的研究人员开发出了一种更高效的TVAM技术，相关报道见Nature Communications。
他们的方法降低了制造所需的能量，同时提高了分辨率。 他们的方法不是像传统的 TVAM 那样将信息编码在投射光波的振幅（高度）上，而是将所需形状的三维全息图投射到旋转的树脂小瓶上，利用光波的相位（位置）实现更高的精度。
这一微小的变化产生了巨大的影响。"所有像素输入都在所有平面上对全息图像做出了贡献，这让我们的光效率更高，最终三维物体的空间分辨率也更高，因为投影图案可以控制在投影深度内，"Moser 总结道。
在最近发表的研究成果中，该团队在不到 60 秒的时间内就打印出了复杂的三维物体，如微型船、球体、圆柱体和艺术品等，精度极高，使用的光功率是以前研究的 25 倍。
全息图是利用Glückstad教授发明的一种名为 HoloTile 的技术生成的。 HoloTile 是将所需投影图案的多个全息图叠加在一起，消除了被称为斑点噪声的随机光干扰，否则会产生颗粒状图像。 虽然此前已有全息体积增材制造的报道，但洛桑联邦理工学院和洛桑国防科技大学联合团队的方法是首个产生这种高保真三维打印对象的方法，这主要归功于 HoloTile 的使用。
这种方法可在几秒钟内制造出毫米级物体。 资料来源：LAPD EPFL
EPFL 的学生兼主要作者玛丽亚-伊莎贝尔-阿尔瓦雷斯-卡斯塔尼奥（Maria Isabel Alvarez-Castaño）解释说，全息方法的另一个独特之处在于，全息图光束可以实现"自愈"，这意味着它们可以在树脂中传播，而不会被小颗粒甩开。 这种自愈合特性对于使用装有细胞的生物树脂和水凝胶进行三维打印至关重要，因此这种方法非常适合生物医学应用。
Alvarez-Castaño说："我们有兴趣利用我们的方法构建三维复杂形状的生物结构，从而实现生物打印，例如，组织或器官的生命尺度模型。"
展望未来，该团队的目标是将其方法的效率再提高两倍。 莫泽说，通过一些计算方面的改进，最终目标是利用全息体积增材制造技术，只需将全息图投射到树脂上，而无需旋转树脂，就能制造出物体。 这将进一步简化体积增材制造，提高大批量、高能效制造工艺的潜力。 他补充说，全息图可以使用标准的商用设备进行编码，这增加了该方法的实用性。
他总结道："全息技术加入 TVAM 技术，为下一代高效、精确、快速的体积添加制造系统奠定了基础。"
编译自/ScitechDaily
