Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали новый способ создания объемных объектов с помощью света. Технология называется томографической волюметрической аддитивной печатью (TVAM). Если раньше на создание сложного объекта уходило много времени, а сам объект получался нечетким, то теперь процесс ускорился в десятки раз, а качество деталей выросло.
Как это работало раньше? Представьте обычный строительный 3D-принтер или кулинарный шприц: он создает предмет слой за слоем, накладывая их друг на друга. TVAM работает иначе — как скульптор, который лепит фигуру изнутри цельного куска глины. В специальную емкость наливают жидкий полимер (светочувствительную смолу). Эту емкость начинают быстро вращать и одновременно светят внутрь лазером через прозрачное дно. Там, где лучи сходятся и накапливается достаточно энергии, жидкость мгновенно застывает. Проблема была в том, что лазерные лучи сильно искажались при прохождении сквозь стекло и саму жидкость, поэтому картинка внутри была мутной, а для получения четкого результата приходилось долго держать сосуд под светом.
Что придумали ученые? Исследователи решили проблему искажения лучей с помощью голографии. Они создали специальный «голографический оптический двигатель».
- Сначала компьютер вычисляет идеальную трехмерную модель будущего предмета.
- Затем система превращает эту модель в сложный световой узор — настоящую динамическую голограмму.
- Эта голограмма направляется на вращающийся сосуд со смолой.
Главное преимущество голограммы в том, что она заранее компенсирует все возможные искажения света. Лучи проходят сквозь стенки сосуда и жидкость без помех и встречаются точно в нужных точках пространства. В результате энергия распределяется идеально ровно.
Главные результаты:
- Скорость: Печать сократилась с нескольких минут до всего 4–6 секунд. Эффективность использования света выросла в 70 раз.
- Качество: Объекты получаются очень гладкими и детализированными, почти как настоящие биологические ткани. Исчезла зернистость и шероховатость, свойственная послойной печати.
- Сложность: Метод позволяет печатать объекты сложной формы, которые раньше было невозможно извлечь из принтера целиком (например, детали с внутренними пустотами), так как они формируются сразу во всем объеме жидкости.
Зачем это нужно медицине? Главная цель ученых — создавать искусственные хрящи, маленькие кости и сложные структуры мягких тканей прямо в лаборатории. Поскольку новые напечатанные материалы по своей структуре и эластичности похожи на живую человеческую ткань, в перспективе этот метод позволит:
- Печатать индивидуальные импланты для пациентов прямо перед операцией.
- Создавать точные копии органов конкретного человека для того, чтобы хирурги могли потренироваться перед сложным вмешательством.
- Тестировать лекарства на искусственных тканях вместо проведения опытов на животных.
На данном этапе технология находится на стадии лабораторных испытаний. Исследователям предстоит решить задачу масштабирования метода для печати крупных объектов и подобрать составы материалов, которые будут полностью безопасны для организма