ネイチャー誌に再び掲載されました！新しいホログラフィック断層体積付加製造技術により、光投影効率が20倍以上向上

はじめに: 従来の 3D プリンターは一般的に材料の層を堆積することによって動作しますが、断層体積付加製造 (TVAM) 技術では、樹脂が硬化して蓄積されたエネルギーが特定のしきい値を超えるまで、回転する樹脂タンクにレーザーを照射する必要があります。 TVAM の利点の 1 つは、レイヤーベースの 3D プリントでは約 10 分かかるのに対し、TVAM では数秒でオブジェクトを生成できることです。しかし、コード化された光の約 1% しか樹脂に到達せず、目的の形状が生成されないため、非常に非効率的です。

2025年2月15日、アンタークティックベアは、クリストフ・モーザー教授率いるEPFL応用光子デバイス研究所とイェスパー・グリュックスタッド教授率いるSDU光子工学センターの研究者が、新しい体積付加製造方法であるHoloTileを立ち上げたことを知りました。この新技術により、忠実度の高い3Dプリントオブジェクトを効率的に製造できます。
関連研究は、「ホログラフィック・トモグラフィック・ボリューム・アドディティブ・マニュファクチャリング」と題する論文として、Nature Communications 誌に掲載されました。

論文リンク: https://doi.org/10.1038/s41467-025-56852-4
新しい TVAM 方式では、解像度を向上させながら、オブジェクトの作成に必要なエネルギーを大幅に削減できます。技術的な原理は、回転する樹脂ボトルに形状の 3 次元ホログラムを投影することです。投影された光波の振幅 (高さ)に情報をエンコードする従来の TVAM とは異なり、ホログラフィック方式では光の位相または位置を利用します。
△ホログラフィック体積付加製造のための光学構成。
これは小さな変更ですが、大きな影響を与えます、とモーザー氏は言います。「すべてのピクセル入力がすべての平面のホログラフィック画像に寄与し、投影されたパターンを投影深度内で制御できるため、最終的な 3D オブジェクトのより高い光効率とより優れた空間解像度が得られます。」
最近発表された研究で、研究チームはミニチュアボート、球体、円筒、芸術作品などの複雑な3Dオブジェクトを、 60秒未満で非常に高い精度で印刷し、従来の研究よりも25倍少ない光パワーを使用しました。
△ HoloVAM を使用した 3D プリントオブジェクトの例。
ホログラムは、グリュックスタッド教授が発明した HoloTile と呼ばれる技術を使用して生成されます。 HoloTile では、目的の投影パターンの複数のホログラムを重ね合わせ、スペックルノイズと呼ばれるランダムな光干渉を排除して、ざらざらした画像を作成します。ホログラフィック体積付加製造はこれまでにも報告されているが、EPFL-SDU 共同チームの手法は、主に HoloTile の使用により、このような高忠実度の 3D プリントオブジェクトを生産する初めての手法である。
EPFL の学生で筆頭著者のマリア・イザベル・アルバレス・カスタニョ氏は、ホログラフィック手法のもう 1 つのユニークな特徴は、ホログラフィックビームが「自己修復」する点、つまり小さな粒子によって進路を逸らされることなく樹脂内を伝播できる点であると説明しています。この自己修復特性は、細胞を含んだバイオ樹脂やハイドロゲルを使った 3D プリントにとって非常に重要であり、この方法を生物医学的用途に適したものにします。
「私たちは、私たちの方法を使って生物構造の3Dの複雑な形状を作り、例えば組織や臓器の実物大モデルをバイオプリントすることに興味を持っています」とアルバレス・カスターニョ氏は語った。
今後、研究チームはこの方法の効率をさらに2倍にすることを目指しています。モーザー氏は、いくつかの計算強化により、回転させる必要もなく樹脂上にホログラムを投影するだけで、ホログラフィック体積付加製造法を使用してオブジェクトを構築することが最終的な目標であると述べています。これにより、体積付加製造がさらに簡素化され、大量生産でエネルギー効率の高い製造プロセスの可能性が高まります。ホログラムを標準的な市販機器を使用してエンコードできるという事実により、このアプローチの実用性が高まります。
「TVAM 技術によるホログラフィック付加は、次世代の効率的で精密かつ高速な体積付加製造システムの基礎を築くものです」とモーザー氏は語ります。

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