ホログラフィック 3D プリンティング – 業界の未来

積層造形プロセスは引き続きイノベーションの恩恵を受けています。今週、コンコルディアの研究者グループは、ホログラムを使用して複雑なデザインなどを 3D プリントする方法を導入しました。

3D printing continues to benefit from innovation. This week, researchers from Concordia introduced a method of using holograms to 3D print intricate designs and more. Their holographic 3D printing method is seen by many as a solution to many of the current techniques' shortfalls. Here's everything you need to know about holographic 3D printing and why it's the future of the industry.

3D プリンティングはイノベーションの恩恵を受け続けています。今週、コンコルディアの研究者らは、ホログラムを使用して複雑なデザインなどを3Dプリントする方法を導入した。彼らのホログラフィック 3D プリンティング手法は、現在の技術の欠点の多くを解決する解決策であると多くの人に考えられています。ホログラフィック 3D プリンティングについて知っておくべきことと、それが業界の未来である理由をすべてここでご紹介します。

The 3D printing sector has seen explosive growth over the last decade across all metrics, including users, tech, material science, and methods. The most popular forms of 3D printing still rely on heat and lasers to mold the material into the desired shape. While this strategy has proven effective, it still leaves much to be desired by users.

3D プリンティング分野は、ユーザー、テクノロジー、材料科学、手法など、あらゆる指標において過去 10 年間で爆発的な成長を遂げてきました。最も一般的な 3D プリント形式は、依然として熱とレーザーを利用して材料を希望の形状に成形します。この戦略は効果的であることが証明されていますが、ユーザーにはまだ多くの要望が残されています。

Direct Sound Printing (DSP)

ダイレクトサウンドプリンティング(DSP)

In 2022, a method of 3D printing using sound waves was introduced to the market. This strategy leverages sound waves to harden print material into a desired shape. Sound Waves are used to create cavitation, which occurs whenever the static pressure drops below vapor pressure in a liquid. This state creates milliseconds of high pressure and heat. This heat is used to harden 3D printed materials quickly.

2022年には音波を使った3Dプリンティングの手法が市場に導入された。この戦略では、音波を利用して印刷材料を希望の形状に硬化します。音波はキャビテーションを生成するために使用されます。キャビテーションは、静圧が液体内の蒸気圧を下回るたびに発生します。この状態では、ミリ秒単位の高圧と熱が発生します。この熱は、3D プリントされた材料を素早く硬化するために使用されます。

Holographic Direct Sound Printing (HDSP)

ホログラフィック ダイレクト サウンド プリンティング (HDSP)

Researchers proposed an upgrade to the current DSP method in a recent article published in the journal Nature Communications called Holographic Direct Sound Printing (HDSP). This new approach utilizes acoustic holograms to improve the process. The hologram uses specially patterned acoustic waves that induce cavitation bubbles at specific locations.

研究者らは、Nature Communications 誌に最近掲載されたホログラフィック ダイレクト サウンド プリンティング (HDSP) と呼ばれる論文で、現在の DSP 方式のアップグレードを提案しました。この新しいアプローチでは、音響ホログラムを利用してプロセスを改善します。ホログラムは、特定の場所にキャビテーション気泡を誘発する特別にパターン化された音波を使用します。

The chemically activated acoustic cavitation bubbles provide real-time on-demand regional polymerization, enabling researchers to print using sound more effectively and with more detail. According to the study, the printing process allows engineers to examine and store cross-sectional images of desired prints, enhancing design capabilities and enabling researchers to improve internal structuring.

化学的に活性化された音響キャビテーション気泡は、リアルタイムのオンデマンドの局所重合を提供し、研究者が音を使用してより効果的に、より詳細に印刷できるようにします。研究によると、印刷プロセスにより、エンジニアは目的の印刷物の断面画像を調べて保存できるため、設計能力が向上し、研究者が内部構造を改善できるようになります。

HDSP Printer

HDSP プリンター

The HDSP printer is set up in a manner that is reversed to many of its predecessors. Rather than the printing arm moving, a motorized platform moves the material within the stationary holographic image. The system utilizes pre-programmed patterns based on advanced algorithms to navigate the robotic arm around the holographic image, enabling the sonochemical reactions to occur and harden the print.

HDSP プリンタは、以前のプリンタの多くとは逆の方法でセットアップされています。印刷アームが動くのではなく、電動プラットフォームが静止したホログラフィック画像内で素材を動かします。このシステムは、高度なアルゴリズムに基づいて事前にプログラムされたパターンを利用してロボット アームをホログラフィック画像の周りで移動させ、音響化学反応を発生させてプリントを硬化させることができます。

Holographic 3D Printing Test

ホログラフィック 3D プリンティング テスト

The research paper delves into some of the testing methods used to qualify the new additive manufacturing process. Researchers conducted a series of sono-chemiluminescence and high-speed imaging experiments to gauge the capabilities and performance of the HDSP. Specifically, key details were tracked including a detailed account of the polymerization process, tuning effects, robotic movements, and software computations.

研究論文では、新しい積層造形プロセスを認定するために使用されるいくつかのテスト方法について詳しく説明しています。研究者らは、HDSP の能力とパフォーマンスを評価するために、一連の音響化学発光実験と高速イメージング実験を実施しました。具体的には、重合プロセス、調整効果、ロボットの動き、ソフトウェア計算の詳細な説明など、重要な詳細が追跡されました。

Holographic 3D Printing Results

ホログラフィック 3D プリントの結果

The results of the study are game-changing. For one, the researchers noticed that there was a direct correlation between feed rate and their ability to make alterations to complex prints. As such, the team integrated advanced software algorithms to optimize parameters based on the needs of each print. This maneuver resulted in highly accurate printed structures that could outperform previous designs.

研究結果は状況を一変させます。その一例として、研究者らは、送り速度と複雑なプリントに変更を加える能力との間に直接の相関関係があることに気づきました。そのため、チームは高度なソフトウェア アルゴリズムを統合し、各プリントのニーズに基づいてパラメーターを最適化しました。この手法により、以前の設計を上回る高精度の印刷構造が得られました。

The team went on to research the HDSP's ability to print across a variety of different materials. They also tested the effects of the holograms on the process under different levels of intensity, design, and placement. Lastly, they examined how different structures, such as porosity and materials, affect the tuning process.

チームはさらに、HDSP がさまざまな素材に印刷できるかどうかの研究を続けました。彼らはまた、さまざまなレベルの強度、デザイン、配置の下で、プロセスに対するホログラムの効果をテストしました。最後に、彼らは、多孔性や材料などのさまざまな構造が調整プロセスにどのような影響を与えるかを調べました。

Remote Distance Printing (RDP)

リモート遠隔印刷 (RDP)

The most important breakthrough of this research revolves around remote printing. The engineers found that they could print objects behind walls and other structures using HDSP. This method of internal printing could enable a future where your car parts are printed in place rather than installed. Even more impressive, the same strategy could be used to print organs or repair internal damage in a non-invasive manner.

この研究の最も重要な進歩は、リモート印刷を中心に展開されています。エンジニアは、HDSP を使用して壁やその他の構造物の背後にあるオブジェクトを印刷できることを発見しました。この内部印刷方法により、自動車部品が取り付けられるのではなく、その場で印刷される未来が実現する可能性があります。さらに驚くべきことに、同じ戦略を非侵襲的な方法で臓器の印刷や内部損傷の修復に使用できる可能性があることです。

Benefits of Holographic 3D Printing

ホログラフィック 3D プリントの利点

The researchers put forth a compelling case as to why HDSP outperforms DSP across nearly every category. For one, it's much faster than the original DSP method, which was limited to a voxel-by-voxel printing strategy. HDSP enables multiple areas to undergo hardening at the same time. The results are that you can print up to 20x faster using DHSP methods.

研究者らは、ほぼすべてのカテゴリにおいて HDSP が DSP よりも優れている理由について、説得力のある根拠を提示しました。まず、ボクセルごとの印刷戦略に限定されていた元の DSP メソッドよりもはるかに高速です。 HDSP を使用すると、複数の領域を同時に硬化できます。その結果、DHSP メソッドを使用すると、最大 20 倍高速に印刷できるようになります。

Another benefit that HDSP introduces is the ability to alter images during the printing process. In a traditional method of 3D printing, each layer is applied and hardened, meaning that there's no way to make alterations if the component is already added. HDSP users can alter the hologram, which automatically changes the printing with minimal effort. As such, there's less waste as this approach reduces printing errors.

HDSP が導入するもう 1 つの利点は、印刷プロセス中に画像を変更できることです。従来の 3D プリント方法では、各レイヤーが適用されて硬化されます。つまり、コンポーネントがすでに追加されている場合は変更する方法がありません。 HDSP ユーザーはホログラムを変更でき、最小限の労力で印刷が自動的に変更されます。このアプローチにより印刷エラーが減少するため、無駄が少なくなります。

HDSP opens the door for a new level of complexity within the market. This printer can create intricate designs with internals utilizing soundwaves, enabling engineers to develop more effective, lightweight options without sacrificing performance and durability.

HDSP は、市場内で新たなレベルの複雑さへの扉を開きます。このプリンタは音波を利用して内部で複雑な設計を作成できるため、エンジニアはパフォーマンスと耐久性を犠牲にすることなく、より効果的で軽量なオプションを開発できます。

Another game-changing advantage the HDSP offers is the ability to create objects simultaneously. The system allows you to maximize efforts by combining multiple prints during a single session. The system can accommodate different prints at different locations, maximizing printing space and lowering print times.

HDSP が提供するもう 1 つの画期的な利点は、オブジェクトを同時に作成できることです。このシステムでは、1 回のセッション中に複数のプリントを組み合わせることで、労力を最大化できます。このシステムは、さまざまな場所でさまざまな印刷に対応できるため、印刷スペースを最大化し、印刷時間を短縮します。

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