Investigadores logran transformar hologramas en objetos físicos 💡
Objeto 3D fabricado a partir de un holograma.
© LAPD EPFL
La fabricación aditiva volumétrica tomográfica (TVAM) tradicional utiliza luz láser para solidificar la resina en un frasco rotativo. Sin embargo, este método es poco eficiente, ya que solo el 1% de la luz proyectada contribuye a la formación del objeto. Por ello, los investigadores han desarrollado un enfoque más eficaz, utilizando hologramas para mejorar la resolución y reducir la energía necesaria.
Al proyectar un holograma tridimensional de la forma deseada, los investigadores han podido controlar con precisión la fase de las ondas de luz. Esta innovación permite una mayor eficiencia lumínica y una resolución espacial mejorada, haciendo posible la creación de objetos 3D en menos de 60 segundos.
La técnica HoloTile, inventada por el profesor Glückstad, juega un papel clave en este avance. Permite superponer varios hologramas para eliminar el ruido de speckle, mejorando así la calidad de las imágenes proyectadas. Este método es especialmente adecuado para la impresión con bio-resinas e hidrogeles cargados de células.
María Isabel Álvarez-Castaño, estudiante de la EPFL y autora principal del estudio, destaca la importancia de la propiedad de auto-curación de los haces holográficos. Esta característica es esencial para aplicaciones biomédicas, permitiendo la bioimpresión de modelos a escala real de tejidos u órganos.
El equipo ahora busca duplicar la eficiencia de su método. Con mejoras computacionales, el objetivo es fabricar objetos simplemente proyectando un holograma sobre una resina, sin necesidad de rotación. Esta simplificación podría abrir el camino a procesos de fabricación volumétrica de alto volumen y bajo consumo energético.
- Un diodo láser monomodo de 405 nm es colimado y expandido para cubrir el área activa de un DMD.
- Una lente de Fourier reconstruye el holograma en su plano de Fourier, ubicado dentro del recipiente rotativo de fotoresina.
- Las proyecciones holográficas están sincronizadas con la rotación del recipiente.
- Dos cámaras controlan la reconstrucción holográfica y el proceso de polimerización.
- Modelo de barco Benchy (Copyright CC) generado con Wolfram Mathematica® 13.1.
El profesor Moser concluye que la adición holográfica a la tecnología TVAM abre el camino a una nueva generación de sistemas de fabricación aditiva volumétrica, más eficientes, precisos y rápidos. Este avance es un paso importante hacia la creación de objetos complejos con una precisión sin precedentes.
¿Qué es la fabricación aditiva volumétrica tomográfica (TVAM)?
La TVAM es una técnica de impresión 3D que difiere de los métodos tradicionales por su enfoque único. En lugar de construir objetos capa por capa, utiliza luz láser para solidificar la resina en un frasco rotativo. Este método permite crear objetos en pocos segundos, ofreciendo una alternativa rápida a las técnicas de impresión 3D clásicas.
Sin embargo, la eficiencia energética de la TVAM tradicional es un problema importante, ya que solo una pequeña fracción de la luz proyectada contribuye a la formación del objeto. Por ello, los investigadores han buscado formas de mejorar esta eficiencia, llevando al uso de técnicas holográficas para una mayor precisión y una reducción significativa de la energía necesaria.
La innovación clave radica en el uso de la fase de las ondas de luz, en lugar de su amplitud, para controlar con precisión la solidificación de la resina. Este enfoque no solo permite una mejor resolución espacial, sino también un uso más eficiente de la luz, abriendo nuevas posibilidades para la fabricación rápida de objetos complejos.
¿Cómo funciona la técnica HoloTile?
La técnica HoloTile, desarrollada por el profesor Jesper Glückstad, es un método innovador para generar hologramas. Permite superponer varios hologramas de un patrón de proyección deseado, eliminando así el ruido de speckle que de otro modo podría crear imágenes granuladas.
Esta técnica es especialmente útil en el contexto de la fabricación aditiva volumétrica, donde la calidad de la imagen proyectada es crucial para la precisión del objeto impreso. Al eliminar el ruido de speckle, HoloTile mejora la fidelidad de los objetos 3D impresos, permitiendo la creación de formas complejas con una precisión sin precedentes.
Otro beneficio de HoloTile es su capacidad para hacer que los haces holográficos sean "auto-curativos". Esto significa que los haces pueden atravesar la resina sin ser desviados por pequeñas partículas, una característica esencial para la impresión con bio-resinas e hidrogeles cargados de células. Esta propiedad abre nuevas perspectivas para aplicaciones biomédicas, como la bioimpresión de modelos de tejidos u órganos a escala real.