Nature サブ出版物: ホログラフィック直接音響印刷 (HSDP) 技術により、「生体内」または「壁を介した」印刷が可能に

Nature サブ出版物: ホログラフィック直接音響印刷 (HSDP) 技術により、「生体内」または「壁を介した」印刷が可能に
2024年10月10日、アンタークティックベアは、コンコルディア大学の研究者が音響ホログラムを使用した新しい3Dプリント方法を開発したことを知りました。この方法は、既存の方法よりも高速で、より複雑なオブジェクトを生成できると言われています。

関連研究は「ホログラフィック・ダイレクト・サウンド・プリンティング」(HSDP)と題する論文として、ネイチャー・コミュニケーションズ誌に掲載された。

論文リンク: https://www.nature.com/articles/s41467-024-50923-8
HSDP プロセスは、2022 年に導入された手法に基づいており、微細なキャビテーション領域 (小さな気泡) での超音波化学反応によって、1 兆分の 1 秒で極めて高い温度と圧力を生成し、樹脂を複雑なパターンに硬化させる仕組みを説明しています。
△HDSP技術原理概念図と印刷物。
特別に設計された断面画像を含む音響ホログラムにこの技術を埋め込むことで、重合プロセスが大幅に高速化され、ボクセルごとにではなく、オブジェクトが一度に作成されます。望ましい画像の忠実度を維持するために、ホログラムは印刷された材料内で静止したままになります。印刷プラットフォームはロボットアームに取り付けられており、事前にプログラムされたアルゴリズムによって設計されたパターンに従って移動し、完全なオブジェクトを形成します。
ムトゥクマラン・パクリサミ。出典: コンコルディア大学。
このプロジェクトを率いたのは、機械・産業・航空宇宙工学部の教授であるムトゥクマラン・パキリサミ氏だ。これにより、消費電力を抑えながら印刷速度を最大 20 倍まで向上できると彼は考えています。 「操作中に画像を変更することもできます」と彼は言います。「形状を変更したり、複数のアクションを組み合わせたり、印刷する材料を変更したりできます。パラメータを最適化して目的の構造を得ると、送り速度を制御することで複雑な構造を作成できます。」
高速イメージング技術を使用してHDSP印刷プロセスを注意深く観察△SCL実験ではホログラムを使用して化学反応のモデル化可能性を実証します。
研究者らによると、音響ホログラムの精密な制御により、単一のホログラムに複数の画像の情報を保存することが可能となり、同じ印刷体積内の異なる場所に複数のオブジェクトを同時に印刷できるようになるという。したがって、音響ホログラフィーは、複雑な組織構造、局所的な薬物および細胞送達システム、高度な組織工学の作成など、複数の分野におけるイノベーションの出発点となるでしょう。実際の応用としては、治癒力を高める新しい皮膚移植片の作成や、特定の部位に特定の治療薬を必要とする治療法における薬剤送達の改善などが挙げられます。
△ HDSPの特殊用途ロボット支援HDSP
ムトゥクマラン・パキリサミ氏は、音波は不透明な表面を透過できるため、HSDP は身体の内部や固体材料の背後への印刷に使用できると付け加えた。これは、航空機の奥深くにある損傷した臓器や繊細な部品の修復に役立つ可能性があります。
研究者たちは、HDSP がパラダイムシフトを起こす技術になる可能性があると考えています。これは、レーザーを使用して樹脂の単一点を固体に硬化させるステレオリソグラフィーから、樹脂の全層を同時に硬化させるデジタル光処理への光ベースの 3D 印刷の進歩に例えることができます。
「可能性は想像できるでしょう」とムトゥクマラン・パキリサミ氏は言う。「不透明な物体の後ろ、壁の後ろ、チューブの中、あるいは体の中にも印刷できます。私たちが使用した技術と機器は、すでに医療用途で承認されています。」
サウンド印刷

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