홀로그램은 3D 인쇄 효율 및 해상도를 향상시킵니다

기존의 3D 프린터는 재료 층을 증착하여 작동하는 반면, 단층 체적 적층 제조(TVAM)는 축적된 에너지가 특정 임계값을 초과하는 곳에서 굳어질 때까지 회전하는 수지 바이얼에 레이저 빛을 비추는 것을 포함합니다.

TVAM의 장점은 층 기반 3D 인쇄의 경우 약 10분 걸리는 것과 달리 몇 초 만에 물체를 생산할 수 있다는 것입니다.

그러나 단점은 인코딩된 빛의 약 1%만이 원하는 모양을 만드는 데 수지에 도달하기 때문에 매우 비효율적이라는 것입니다.

Christophe Moser 교수가 이끄는 EPFL 응용 광자 소자 연구실과 Jesper Glu?ckstad 교수가 이끄는 SDU 광자 공학 센터의 연구원들은 물체를 제작하는 데 필요한 에너지 양을 크게 줄이는 동시에 해상도를 높이는 TVAM 방법을 Nature Communications 에 보고했습니다. 이 기술은 회전하는 수지 바이알에 모양의 3차원 홀로그램을 투사하는 것을 포함합니다. 투사된 광파의 진폭(높이)으로 정보를 인코딩하는 기존 TVAM과 달리 홀로그램 방법은 위상 또는 위치를 활용합니다.

이 작은 변화는 큰 영향을 미칩니다. "모든 픽셀 입력은 모든 평면에서 홀로그램 이미지에 기여하여 최종 3D 객체에서 더 나은 공간 해상도와 더 나은 광 효율성을 제공합니다. 투사된 패턴은 투사 깊이에서 제어할 수 있기 때문입니다." 모저가 요약합니다.

최근 발표된 연구에서 연구팀 은 미니어처 보트, 구, 원통, 예술 작품과 같은 복잡한 3D 물체를 60초 이내에 매우 정확하게 인쇄했으며, 이전 연구보다 25배 적은 광학 전력을 사용했습니다.

복잡한 생물학적 구조를 모방하다

홀로그램은 Glückstad 교수가 발명한 HoloTile이라는 기술을 사용하여 생성됩니다. HoloTile은 원하는 투사 패턴의 여러 홀로그램을 중첩하고, 그렇지 않으면 입자가 많은 이미지를 생성할 스펙클 노이즈라는 무작위적인 빛 간섭을 제거합니다. 홀로그램 체적 적층 제조는 이전에 보고되었지만, EPFL-SDU 합동 팀의 접근 방식은 HoloTile을 사용한 덕분에 이러한 고충실도 3D 인쇄 객체를 생성한 최초의 방법입니다.

EPFL 학생이자 수석 저자인 Maria Isabel Alvarez-Castaño는 홀로그램 접근 방식의 또 다른 고유한 측면은 홀로그램 빔이 '자체 치유'될 수 있다는 점이라고 설명합니다. 즉, 작은 입자에 의해 궤도에서 벗어나지 않고 수지를 통해 퍼질 수 있다는 의미입니다. 이러한 자체 치유 특성은 세포가 적재된 바이오 수지와 하이드로젤을 사용한 3D 프린팅에 필수적이므로 이 방법은 생물의학적 응용 분야에 이상적입니다.

알바레즈-카스타뇨는 "우리는 생물학적 구조의 3D 복잡한 모양을 만드는 데 접근 방식을 사용하는 데 관심이 있습니다. 이를 통해 조직이나 장기의 실물 크기 모델을 바이오 프린팅할 수 있습니다."라고 말했습니다.

앞으로 팀은 방법의 효율성을 두 배 더 개선하는 것을 목표로 합니다. 모저는 몇 가지 계산적 개선을 통해 궁극적인 목표는 홀로그램 체적 적층 제조를 사용하여 회전할 필요 없이 홀로그램을 수지에 투사하여 물체를 제작하는 것이라고 말합니다. 이를 통해 체적 적층 제조를 더욱 단순화하고 대량, 에너지 효율적인 제조 공정의 잠재력을 높일 수 있습니다. 그는 홀로그램을 표준 상용 장비를 사용하여 코딩할 수 있다는 사실이 접근 방식의 실용성을 더한다고 덧붙입니다.

"TVAM 기술에 홀로그램을 추가하면 효율적이고 정확하며 빠른 차세대 체적 적층 제조 시스템의 토대가 마련됩니다."라고 그는 요약했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/02/250212140859.htm