Des chercheurs parviennent à transformer des hologrammes en objet physique 💡
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Objet 3D fabriqué à partir d'un hologramme.
© LAPD EPFL
La fabrication additive volumétrique tomographique (TVAM) traditionnelle utilise la lumière laser pour solidifier la résine dans un flacon rotatif. Cependant, cette méthode est peu efficace, avec seulement 1% de la lumière projetée contribuant à la formation de l'objet. Les chercheurs ont donc développé une approche plus efficace, utilisant des hologrammes pour améliorer la résolution et réduire l'énergie nécessaire.
En projetant un hologramme tridimensionnel de la forme désirée, les chercheurs ont pu contrôler avec précision la phase des ondes lumineuses. Cette innovation permet une meilleure efficacité lumineuse et une résolution spatiale améliorée, rendant possible la création d'objets 3D en moins de 60 secondes.
La technique HoloTile, inventée par le professeur Glückstad, joue un rôle clé dans cette avancée. Elle permet de superposer plusieurs hologrammes pour éliminer le bruit de speckle, améliorant ainsi la qualité des images projetées. Cette méthode est particulièrement adaptée pour l'impression avec des bio-résines et des hydrogels chargés de cellules.
Maria Isabel Alvarez-Castaño, étudiante à l'EPFL et auteure principale de l'étude, souligne l'importance de la propriété d'auto-guérison des faisceaux holographiques. Cette caractéristique est essentielle pour les applications biomédicales, permettant de bio-imprimer des modèles à l'échelle réelle de tissus ou d'organes.
L'équipe vise maintenant à doubler l'efficacité de leur méthode. Avec des améliorations computationnelles, l'objectif est de fabriquer des objets en projetant simplement un hologramme sur une résine, sans rotation nécessaire. Cette simplification pourrait ouvrir la voie à des processus de fabrication volumétrique à haut volume et à faible consommation d'énergie.
- Une diode laser monomode à 405 nm est collimatée et élargie pour couvrir la zone active d'un DMD.
- Une lentille de Fourier reconstruit l'hologramme dans son plan de Fourier, situé à l'intérieur du récipient rotatif de photorésine.
- Les projections holographiques sont synchronisées avec la rotation du récipient.
- Deux caméras contrôlent la reconstruction holographique et le processus de polymérisation.
- Modèle de bateau Benchy (Copyright CC) généré avec Wolfram Mathematica® 13.1.
Le professeur Moser conclut que l'ajout holographique à la technologie TVAM ouvre la voie à une nouvelle génération de systèmes de fabrication additive volumétrique, plus efficaces, précis et rapides. Cette avancée est un pas important vers la réalisation d'objets complexes avec une précision sans précédent.
Qu'est-ce que la fabrication additive volumétrique tomographique (TVAM) ?
La TVAM est une technique d'impression 3D qui diffère des méthodes traditionnelles par son approche unique. Au lieu de construire des objets couche par couche, elle utilise la lumière laser pour solidifier la résine dans un flacon rotatif. Cette méthode permet de créer des objets en quelques secondes, offrant une alternative rapide aux techniques d'impression 3D classiques.
Cependant, l'efficacité énergétique de la TVAM traditionnelle est un problème majeur, avec seulement une petite fraction de la lumière projetée contribuant à la formation de l'objet. Les chercheurs ont donc cherché des moyens d'améliorer cette efficacité, conduisant à l'utilisation de techniques holographiques pour une meilleure précision et une réduction significative de l'énergie nécessaire.
L'innovation clé réside dans l'utilisation de la phase des ondes lumineuses, plutôt que de leur amplitude, pour contrôler avec précision la solidification de la résine. Cette approche permet non seulement une meilleure résolution spatiale, mais aussi une utilisation plus efficace de la lumière, ouvrant de nouvelles possibilités pour la fabrication rapide d'objets complexes.
Comment fonctionne la technique HoloTile ?
La technique HoloTile, développée par le professeur Jesper Glückstad, est une méthode innovante pour générer des hologrammes. Elle permet de superposer plusieurs hologrammes d'un motif de projection désiré, éliminant ainsi le bruit de speckle qui peut autrement créer des images granuleuses.
Cette technique est particulièrement utile dans le contexte de la fabrication additive volumétrique, où la qualité de l'image projetée est cruciale pour la précision de l'objet imprimé. En éliminant le bruit de speckle, HoloTile améliore la fidélité des objets 3D imprimés, permettant la création de formes complexes avec une précision sans précédent.
Un autre avantage de HoloTile est sa capacité à rendre les faisceaux holographiques 'auto-guérissants'. Cela signifie que les faisceaux peuvent traverser la résine sans être déviés par de petites particules, une caractéristique essentielle pour l'impression avec des bio-résines et des hydrogels chargés de cellules. Cette propriété ouvre de nouvelles perspectives pour les applications biomédicales, telles que la bio-impression de modèles de tissus ou d'organes à l'échelle réelle.