Tradiční metody 3D tisku pracují na principu aditivní výroby, kdy se materiál nanáší vrstvu po vrstvě. Tento způsob sice umožňuje vytvářet složité tvary, ale zároveň je časově náročný a často vede ke vzniku viditelných vrstev v konečném produktu. Nová metoda TVAM přistupuje k procesu úplně jinak.

Namísto skládání jednotlivých vrstev využívá laserové světlo k osvícení rotujícího válce naplněného speciální pryskyřicí. Klíčovým momentem je, že materiál tuhne pouze v místech, kde kumulovaná energie laseru překročí určitý práh. Díky tomu lze vytvořit kompletní 3D objekt najednou, a to v řádu sekund.

Přesto měla původní verze této technologie jednu zásadní nevýhodu – její efektivita byla extrémně nízká. Pouze 1 % použitého světla skutečně přispělo k vytváření požadovaného tvaru, což vedlo k velkým energetickým ztrátám. Tým výzkumníků z Laboratoře aplikovaných fotonických zařízení při EPFL a Centra pro fotonické inženýrství na SDU proto začal hledat způsob, jak celý proces zefektivnit. A našli řešení: holografickou projekci.

Holografická projekce jako klíč k přesnosti

Nový přístup spočívá ve využití 3D hologramů k přímému promítání požadovaného tvaru do pryskyřice. Zatímco tradiční metoda TVAM pracovala s amplitudou světelných vln (tedy s jejich výškou), holografický přístup využívá fázi světelných vln (tedy jejich polohu v prostoru). Díky tomu je možné mnohem přesněji řídit, kde dojde k vytvrzení materiálu, a zároveň zvýšit efektivitu využití světla.

„Všechny pixely vstupní projekce přispívají k výslednému holografickému obrazu ve všech rovinách, což nám dává nejen vyšší světelnou účinnost, ale i lepší prostorové rozlišení konečného 3D objektu,“ vysvětluje profesor Christophe Moser, vedoucí výzkumného týmu na EPFL.

Tento inovativní přístup umožňuje vytvářet složité geometrické struktury, jako jsou miniaturní lodě, válce či umělecké objekty, a to s výjimečnou přesností. Co je však nejzajímavější – holografický TVAM spotřebuje až 25krát méně energie než jeho předchozí verze, což z něj činí mimořádně efektivní technologii.

Biotisk a další aplikace nové technologie

Jedním z nejperspektivnějších využití této metody je biotisk – tedy tisk struktur z biologicky kompatibilních materiálů. Běžné 3D tiskárny mají problém pracovat s živými buňkami, protože vrstvení a dlouhá doba výroby mohou narušit jejich životaschopnost.

Holografický přístup však tento problém řeší. Díky technice nazvané HoloTile, vyvinuté profesorem Jesperem Glückstadem, lze eliminovat nežádoucí světelné interference a dosáhnout hladkých, přesně definovaných hologramů. Navíc mají světelné paprsky schopnost tzv. samoléčení – mohou pronikat bioresinem nebo hydrogelem s živými buňkami, aniž by se rozptýlily o mikroskopické částice. To znamená, že by v budoucnu mohlo být možné tisknout detailní biologické struktury, například náhradní tkáně nebo celé orgány.

Podle hlavní autorky studie, Marie Isabel Alvarez-Castaño, je dalším cílem výzkumu zjednodušení celého procesu natolik, aby bylo možné objekty tisknout pouze pomocí promítnutí hologramu do materiálu – bez nutnosti rotace. To by mohlo výrazně rozšířit možnosti této technologie a umožnit její průmyslové nasazení.