2024-10-08 カナダ・コンコーディア大学
・ コンコーディア大学が、現行の技術よりも速く、より複雑なオブジェクトを作製する、音響ホログラムを使用した 3D プリント技術を開発。
・ 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)技術と呼ばれる新技術は、微細なキャビテーション領域で超高温と超高圧を 1 兆分の 1 秒間発生させて樹脂を硬化させる、同大学が 2022 年に開発した技術に基づくもの。
・ 同技術を特定のデザインの断面画像を含む音響ホログラムに取り込むことで、重合速度を最大で 20 倍向上させ、消費電力も削減する。ボクセル毎ではなく、オブジェクトを一度に作製することができる。
・ ホログラムをプリント材料内に静止させ、目的の画像の忠実性を維持する。プラットフォームはロボットアームに取り付けられ、予めプログラムされたアルゴリズムの設計によるパターンに沿って移動してオブジェクトを作製する。
・ また、プリント中の画像、形状およびプリント材料の変更や複数の動作の組み合わせも可能。パラメータの最適化により、材料の供給速度を制御して複雑な構造を作製することができる。
・ 音響ホログラムを精確に制御することで、単一のホログラムに複数画像の情報を保存できるため、同一のプリントスペースの別の場所に複数のオブジェクトを同時に作製することができる。
・ 複雑な組織構造の作製、特定の場所への薬品・細胞の送達システムや高度な組織工学等、様々な分野でのイノベーションの出発点となる。治癒を促進する新形態の皮膚移植片の作製や、特定の部位に特定の治療薬を必要とする治療のための薬物送達等が実際のアプリケーシとして考えられる。
・ また、音波は不透明な表面を透過できるため、身体内や固体材料の裏側でのプリントも可能。損傷した臓器や航空機深部の扱いが困難な部分の修復にも役立つ可能性がある。
・ HDSP 技術は、ステレオリソグラフィーによる一層毎の造形から、光造形方式による層全体の同時造形へと光ベースの 3D プリント技術が進展したような、パラダイムシフトの可能性を秘めている。
・ 本研究には、ケベック・リサーチファンド(QRF)とカナダ・自然科学・工学研究機構(NSERC) Discovery プログラムが資金を提供した。
URL: https://www.concordia.ca/news/stories/2024/10/08/holographic-3d-printing-has-the-potential-to-revolutionize-multiple-industries-say-concordia-researchers.html
＜NEDO海外技術情報より＞
関連情報
Nature Communications 掲載論文(フルテキスト）
Holographic direct sound printing
URL: https://www.nature.com/articles/s41467-024-50923-8
Abstract
Direct sound printing (DSP), an alternative additive manufacturing process driven by sonochemical polymerization, has traditionally been confined to a single acoustic focal region, resulting in a voxel-by-voxel printing approach. To overcome this limitation, we introduce holographic direct sound printing (HDSP), where acoustic holograms, storing cross-sectional images of the desired parts, pattern acoustic waves to induce regional cavitation bubbles and on-demand regional polymerization. HDSP outperforms DSP in terms of printing speed by one order of magnitude and yields layerless printed structures. In our HDSP implementation, the hologram remains stationary while the printing platform moves along a three-dimensional path using a robotic arm. We present sono-chemiluminescence and high-speed imaging experiments to thoroughly investigate HDSP and demonstrate its versatility in applications such as remote ex-vivo in-body printing and complex robot trajectory planning. We showcase multi-object and multi-material printing and provide a comprehensive process characterization, including the effects of hologram design and manufacturing on the HDSP process, polymerization progression tracking, porosity tuning, and robotic trajectory computation. Our HDSP method establishes the integration of acoustic holography in DSP and related applications.
