de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) hat eine Plattform für den volumetrischen 3D-Druck vorgestellt, die nach eigenen Angaben eine 70-mal höhere Energieeffizienz als bisherige Technologien aufweist. Das System verwendet holografisch geformte Laser, um gewebeähnliche Strukturen in nahezu klinischem Maßstab herzustellen. Diese Errungenschaft basiert auf dem Verfahren der tomografischen volumetrischen additiven Fertigung, bei dem ein Laser ein lichtempfindliches Harz in einem rotierenden Reagenzglas aushärtet, um die gewünschte Geometrie zu formen. Frühere holografische Ansätze optimierten die traditionelle Technik, indem sie die 3D-Form durch Modulation der Lichtwellenphase statt der Amplitude oder Helligkeit kodierten und so mehr der verfügbaren Laserleistung erhielten.
Das Labor für angewandte photonische Bauelemente des Forschungsteams führte zudem eine Vorrichtung ein, die die Phase des Lichtstrahls im volumetrischen Drucksystem direkt steuern kann. Das Team wies darauf hin, dass eine solche Fähigkeit in diesem Kontext zuvor noch nicht demonstriert worden sei. Mit einer 150-Milliwatt-Laserdiode härtet die Plattform millimetergroße Objekte in Sekunden und zentimetergroße Objekte in Minuten aus.
Die Lichtstreuung in biologischen Medien stellt beim Biodruck üblicherweise ein Problem dar und führt zu einer verminderten Druckqualität. Die Plattform löst dieses Problem durch selbstheilende Strahlen, eine Eigenschaft der phasengesteuerten holografischen Projektion, die die Auflösung selbst in lichtstreuenden Umgebungen wie zellhaltigen Harzen aufrechterhält. Christophe Moser, Leiter des Labors für angewandte photonische Bauelemente, sagte: „Die mit unserer Methode demonstrierte Effizienz und Präzision macht es endlich möglich, gewebeähnliche Strukturen in nahezu klinischem Maßstab zu biodrucken." Er fügte hinzu: „Die von uns gedruckten Strukturen sind viel größer als das, was mit früheren holografischen Methoden möglich war, und das, obwohl die eingebetteten Zellen die Lichtstreuung erhöhen."
In experimentellen Tests druckte das Team ein menschenohrgroßes Ohr aus einem Gelatine-basierten Harz. In einem anderen Konstrukt mit einem Volumen von 64 Kubikmillimetern überlebten eingebettete lebende Zellen sechs Tage lang und bildeten ein organisiertes Netzwerk. Die Forscher kombinierten die Lichtmaschine zudem mit einer Strategie zur Reduzierung von Speckle-Mustern, um zufällige Lichtinterferenzen zu bekämpfen, die zu einer körnigen Oberflächenbeschaffenheit führen können. Die Erstautorin der Studie, Doktorandin Maria Alvarez-Castaño, sagte: „Unsere Methode bringt den volumetrischen Druck näher an Implantate in realer Größe und an die biokompatible Herstellung mit Laserquellen niedriger Leistung heran." Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Light: Science & Applications" veröffentlicht.
Das Forschungsteam gibt an, dass sich die zukünftige Arbeit auf die Verbesserung der Projektionstreue und die Untersuchung der Grenzen der Strahlformung in Bioharzen mit hoher Zelldichte konzentrieren wird. Weitere Arbeiten könnten das Drucken direkt auf oder um bestehende Objekte herum sowie eine präzisere Formung von Geometrien im Mikromaßstab durch prädiktive Modellierung der Harzchemie umfassen. Die Forscher berichteten auch über Fortschritte bei einer statischen holografischen Druckmethode, bei der das Bild auf ein ruhendes Reagenzglas projiziert wird, ohne dass eine Rotation erforderlich ist, was das Potenzial hat, das tomografische volumetrische additive Fertigungsverfahren weiter zu vereinfachen.
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