Holografisk 3D-utskrift möjliggör för forskare att skriva ut inuti din kropp.

Additiv tillverkning fortsätter att dra nytta av innovation. Denna vecka presenterade en grupp forskare från Concordia en metod för att använda hologram för att 3D-utskrifta intrikata designer och mer. Deras holografiska 3D-utskriftssätt ses av många som en lösning på många av de nuvarande teknikers brister. Här är allt du behöver veta om holografisk 3D-utskrift och varför det är framtiden för branschen.

3D-utskriftssektorn har sett explosiv tillväxt under det senaste decenniet på alla mått, inklusive användare, teknik, materialvetenskap och metoder. De mest populära formerna av 3D-utskrift förlitar sig fortfarande på värme och laser för att forma materialet till önskad form. Även om denna strategi har visat sig effektiv lämnar den fortfarande mycket att önska för användarna.

Direkt ljudutskrift (DSP)

År 2022 introducerades en metod för 3D-utskrift med hjälp av ljudvågor på marknaden. Denna strategi utnyttjar ljudvågor för att härda utskriftsmaterialet till en önskad form. Ljudvågor används för att skapa kavitation som uppstår när det statiska trycket sjunker under ångtrycket i en vätska. Detta tillstånd skapar millisekunder av högt tryck och värme. Denna värme används för att snabbt härda 3D-utskrivna material.

Holografisk direkt ljudutskrift (HDSP)

Forskare föreslog en förbättring av den nuvarande DSP-metoden i en nyligen publicerad artikel i tidskriften Nature Communications kallad Holographic Direct Sound Printing (HDSP). Detta nya tillvägagångssätt använder akustiska hologram för att förbättra processen. Hologrammet använder speciellt mönstrade akustiska vågor som inducerar kavitationbubblor på specifika platser.

Källa – Concordia Holografisk 3D-utskrift

De kemiskt aktiverade akustiska kavitationbubblorna ger realtids‑vid‑efterfrågan regional polymerisation, vilket möjliggör för forskare att skriva ut med ljud mer effektivt och med mer detalj. Enligt studien tillåter utskriftsprocessen ingenjörer att undersöka och lagra tvärsnittsbilder av önskade utskrifter, vilket förbättrar designmöjligheterna och gör det möjligt för forskare att förbättra intern strukturering.

HDSP-skrivare

HDSP-skrivaren är konstruerad på ett sätt som är omvänt jämfört med många av sina föregångare. Istället för att skrivarmekanismen rör sig, flyttar en motoriserad plattform materialet inom den stationära holografiska bilden. Systemet använder förprogrammerade mönster baserade på avancerade algoritmer för att navigera den robotiska armen runt den holografiska bilden, vilket möjliggör att sonokemiska reaktioner sker och härdar utskriften.

Holografisk 3D-utskriftstest

Forskningsartikeln diskuterar de testmetoder som användes för att kvalificera den nya additiva tillverkningsprocessen. Forskare genomförde en serie sonokemiluminiscens‑ och högupplösta bildexperiment för att bedöma HDSP:s kapacitet och prestanda. Specifikt spårades viktiga detaljer inklusive en detaljerad redogörelse för polymerisationsprocessen, justeringseffekter, robotrörelser och mjukvarubereäkningar.

Resultat för holografisk 3D-utskrift

Resultaten från studien är banbrytande. För det första märkte forskarna att det fanns ett direkt samband mellan matningshastighet och deras förmåga att göra ändringar i komplexa utskrifter. Därför integrerade teamet avancerade mjukvarualgoritmer för att optimera parametrar baserat på varje utskrifts behov. Detta ledde till mycket exakta utskrivna strukturer som kunde överträffa tidigare designer.

Teamet fortsatte med att undersöka HDSP:s förmåga att skriva ut med en mängd olika material. De testade också hologrammens påverkan på processen under olika intensitetsnivåer, design och placering. Slutligen undersökte de hur olika strukturer, såsom porositet och material, påverkar justeringsprocessen.

Fjärravståndsutskrift (RDP)

Det viktigaste genombrottet i denna forskning kretsar kring fjärrutskrift. Ingenjörerna upptäckte att de kunde skriva ut föremål bakom väggar och andra strukturer med hjälp av HDSP. Denna metod för intern utskrift kan möjliggöra en framtid där dina bildelar skrivs ut på plats istället för att installeras. Ännu mer imponerande är att samma strategi kan användas för att skriva ut organ eller reparera intern skada på ett icke‑invasivt sätt.

Fördelar med holografisk 3D-utskrift

Forskarnas argument är övertygande när det gäller varför HDSP överträffar DSP i nästan alla kategorier. För det första är den mycket snabbare än den ursprungliga DSP-metoden som var begränsad till en voxel‑för‑voxel utskriftsstrategi. HDSP möjliggör att flera områden härdas samtidigt. Resultatet är att du kan skriva ut upp till 20 gånger snabbare med DHSP‑metoder.

Gör ändringar

En annan fördel som HDSP introducerar är möjligheten att ändra bilder under utskriftsprocessen. I en traditionell 3D‑utskrift appliceras och härdas varje lager, vilket innebär att det inte finns något sätt att göra ändringar om komponenten redan har lagts till. HDSP‑användare kan ändra hologrammet, vilket automatiskt förändrar utskriften med minimal ansträngning. På så sätt blir avfallet mindre eftersom detta tillvägagångssätt minskar utskriftsfel.

Skriv ut komplexa designer med holografisk 3D-utskrift

HDSP öppnar dörren för en ny nivå av komplexitet på marknaden. Denna skrivare kan skapa intrikata designer med interna strukturer som utnyttjar ljudvågor, vilket möjliggör för ingenjörer att utveckla mer effektiva, lätta alternativ utan att kompromissa med prestanda och hållbarhet.

Multi-utskrift

En annan banbrytande fördel som HDSP erbjuder är möjligheten att skapa objekt samtidigt. Systemet låter dig maximera insatser genom att kombinera flera utskrifter under en enda session. Systemet kan hantera olika utskrifter på olika platser, vilket maximerar utskriftsutrymmet och minskar utskriftstiden.

Holografisk 3D-utskrift erbjuder flexibilitet

HDSP-enheten är en mångsidig apparat som introducerade en ny nivå av flexibilitet på marknaden. Användare kan ändra utskriftsmaterial, skapa intrikata former och skriva ut över ogenomskinliga ytor med denna metod. Denna extra flexibilitet kommer att leda till ytterligare innovation och samarbete över branscher.

Omöjliga att nå platser

En annan stor fördel som HDSP erbjuder är dess förmåga att skriva ut på nästan omöjligt nåbara platser. Föreställ dig att du parkerar din bil och en reparationsdrönare meddelar dig att de kommer att skriva ut en ny fläkt eftersom den gamla är trasig. Istället för att öppna motorhuven används ett holografiskt bild för att skriva ut den nya fläkten på plats, ingen installation krävs.

Potentiella tillämpningar för holografisk 3D-utskrift

Det finns flera potentiella användningsområden för HDSP‑teknik, som kan ge ett välbehövligt lyft i kapacitet över marknaderna under de kommande åren. Här är de främsta potentiella användningsområdena för HDSP.

Hälsovård

Användningen av HDSP inom medicin och biomedicin kommer att bidra till att sänka kostnader, förbättra patientsäkerhet och utöka tillgången till fler regioner i världen. HDSP‑system kan skriva ut komplexa vävnadsstrukturer, läkemedelsleveransfordon och till och med hudtransplantat. Alla dessa alternativ förbättrar överlevnadsgraden jämfört med sina föregångare och kan skrivas ut internt, vilket eliminerar behovet av invasiva operationer.

Forskare

Forskare vid Concordias avdelning för maskinteknik, industriell teknik och rymdteknik genomförde forskningen och testningen av HDSP‑processen. Specifikt ledde en professor vid namn Muthukumaran Packirisamy teamet. Finansieringen för projektet kom från bidrag sponsrade av  FQRNT (Fonds de Recherche du Québec, Kanada), NSERC Discovery of R.B., och Concordia Research Chair.

Företag som gör avtryck i 3D-utskriftssektorn

3D‑utskriftsmarknaden innehåller nu fler alternativ, material och enheter än någonsin. Du kan få vad som helst 3D‑utskrivet idag, från en liten plastdel till ett helt hus och allt däremellan. Dessa avancerade utskriftsoperationer öppnar dörren för mer innovation och driver teknikens gränser framåt.

Nano Dimension Ltd.

Nano Dimension Ltd (NNDM ) gick in på marknaden 2022 och har snabbt fått ett fotfäste i den elektroniska 3D‑utskriftssektorn. Företaget är mest känt för sina DragonFly‑skrivare. Dessa små enheter låter forskare skriva ut skräddarsydda kretskort för nanoskalaprojekt.

NNDM Prisdiagram

Företaget har nyligen lanserat sin Dragonfly 4‑skrivare, som har förbättrad prestanda. Dessutom erbjuder företaget nu en laserbaserad direktmetallutskriftlösning. Alla dessa faktorer gör Nano Dimension Ltd till ett klokt tillskott i någon portfölj som vill gå in i nanoskalautskriftsmarknaden.

Holografisk 3D-utskrift – utskrift bakom din hud

Idén att få dina organ utskrivna eller reparerade i kroppen med hjälp av ljudvågor låter som något ur en futuristisk sci‑fi thriller. Denna studie gör dock den till synes omöjliga uppgiften till verklighet. När den kombineras med HDSP:s fulla kapacitet och förbättrade prestanda är det lätt att se att denna skrivare kommer att skapa vågor framöver.

Lär dig mer om andra häftiga 3D‑utskrifts Projekt