Hologramlarla 3D Baskıda Sınırlar Aşılacak mı?
Bilim insanları, ışık tabanlı bir 3D baskı tekniğinde benzeri görülmemiş bir çözünürlük elde etmek için holografik projeksiyonlardan yararlandı.
Geleneksel 3D baskı nesneleri katman katman oluşturur, ancak tomografik hacimsel katkılı üretim (TVAM) farklı bir yaklaşım benimser. Dönen bir reçine şişesini aydınlatmak için lazer ışığı kullanır ve malzemeyi yalnızca biriken enerjinin belirli bir eşiği aştığı yerlerde katılaştırır. TVAM’ın önemli bir avantajı hızıdır; geleneksel katman tabanlı 3D baskı yaklaşık 10 dakika sürerken, saniyeler içinde nesneler üretebilir. Bununla birlikte, yansıtılan ışığın yalnızca yaklaşık %1’i amaçlanan şekli oluşturmaya katkıda bulunduğundan, verimliliği büyük bir dezavantajdır.
EPFL’nin Profesör Christophe Moser liderliğindeki Uygulamalı Fotonik Cihazlar Laboratuvarı ve Profesör Jesper Glückstad liderliğindeki SDÜ Fotonik Mühendisliği Merkezi’nden araştırmacılar, Nature Communications’da bildirildiği üzere daha verimli bir TVAM tekniği geliştirdiler.
Geliştirdikleri yöntem, çözünürlüğü iyileştirirken üretim için gereken enerjiyi azaltıyor. Geleneksel TVAM’de olduğu gibi yansıtılan ışık dalgalarının genliğine (yüksekliğine) bilgi kodlamak yerine, yaklaşımları dönen reçine şişesi üzerine istenen şekle sahip üç boyutlu bir hologram yansıtarak daha fazla hassasiyet için ışık dalgalarının fazından (konumundan) yararlanıyor.
Bu küçük değişikliğin büyük bir etkisi var. Moser şöyle özetliyor: “Tüm piksel girdileri tüm düzlemlerde holografik görüntüye katkıda bulunuyor, bu da bize daha fazla ışık verimliliğinin yanı sıra yansıtılan desenler projeksiyon derinliğinde kontrol edilebildiği için nihai 3B nesnede daha iyi uzamsal çözünürlük sağlıyor.”
Yakın zamanda yayınlanan çalışmada ekip, minyatür tekneler, küreler, silindirler ve sanat eserleri gibi karmaşık 3D nesneleri, önceki çalışmalara göre 25 kat daha az optik güç kullanarak 60 saniyenin altında olağanüstü bir doğrulukla bastı.
Karmaşık biyolojik yapıların taklit edilmesi
Hologramlar, Profesör Glückstad tarafından icat edilen HoloTile adlı bir teknik kullanılarak üretiliyor. HoloTile, istenen bir projeksiyon modelinin birden fazla hologramının üst üste bindirilmesini içeriyor ve aksi takdirde grenli görüntüler oluşturacak benek gürültüsü adı verilen rastgele ışık girişimini ortadan kaldırıyor. Holografik hacimsel katkılı üretim daha önce rapor edilmiş olsa da, EPFL-SDU ortak ekibinin yaklaşımı, büyük ölçüde HoloTile kullanımı sayesinde bu kadar yüksek doğrulukta 3D baskılı nesneler üreten ilk yaklaşımdır.
EPFL öğrencisi ve başyazar Maria Isabel Alvarez-Castaño, holografik yaklaşımın bir başka benzersiz yönünün de hologram ışınlarının “kendi kendini iyileştirebilmesi”, yani küçük parçacıklar tarafından rotasından saptırılmadan bir reçine boyunca yayılabilmesi olduğunu belirtiyor. Bu kendi kendini iyileştirme özelliği, hücrelerle yüklü biyo-reçineler ve hidrojellerle 3D baskı için gereklidir ve yöntemi biyomedikal uygulamalar için ideal hale getirir.
Alvarez-Castaño, “Yaklaşımımızı biyolojik yapıların 3D karmaşık şekillerini oluşturmak için kullanmakla ilgileniyoruz, bu da örneğin dokuların veya organların yaşam ölçekli modellerini biyo-baskı yapmamıza olanak tanıyor” diyor.
İleriye dönük olarak ekip, yöntemlerinin verimliliğini iki kat daha artırmayı hedefliyor. Moser, bazı hesaplama geliştirmeleriyle nihai hedefin, bir hologramı döndürmeye gerek kalmadan bir reçine üzerine yansıtarak nesneleri imal etmek için holografik hacimsel eklemeli üretimi kullanmak olduğunu söylüyor. Bu, hacimsel eklemeli üretimi daha da basitleştirebilir ve yüksek hacimli, enerji tasarruflu üretim süreçleri için potansiyeli artırabilir. Hologramların standart ticari ekipman kullanılarak kodlanabilmesinin yaklaşımın pratikliğine katkıda bulunduğunu da sözlerine ekliyor.
“TVAM teknolojisine holografik ekleme, yeni nesil verimli, hassas ve hızlı hacimsel eklemeli üretim sistemleri için zemin hazırlıyor” diye özetliyor.
Kaynak: https://scitechdaily.com