Nuova architettura holografica per la stampa volumetrica
Un gruppo di ricerca dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ha presentato un sistema compatto di Tomographic Volumetric Additive Manufacturing (TVAM) che sfrutta un modulatore di luce a riflessione basato su MEMS. Grazie a questa soluzione, il progetto affronta i limiti di efficienza luminosa tipici delle piattaforme volumetriche tradizionali, ottenendo stampe più rapide, con risoluzione elevata e ridotto consumo energetico.
Dal DMD al modulatore di fase MEMS
I sistemi volumetrici convenzionali impiegano Digital Micromirror Devices (DMD), modulando la luce in modo binario e limitando l’efficienza a meno del 10 %. Il team di EPFL ha sostituito questi componenti con un Phase Light Modulator (PLM) sviluppato da Texas Instruments: un array di microspecchi a escursione piston‐motion che codificano direttamente la fase del fronte d’onda. Il PLM offre sedici livelli di fase (4 bit), frequenze di aggiornamento fino a 1.440 Hz e resistenza alla luce ultravioletta, consentendo l’uso di laser da 405 nm a bassa potenza e innalzando l’efficienza di diffrazione fino al 24 %, un incremento di oltre settanta volte.
Proiezione tomografica e rapidità di stampa
La tecnica TVAM combina principi di tomografia e fabbricazione additiva: un vial di resina fotosensibile ruota mentre una serie di pattern di luce convergono per polimerizzare l’intero volume in un colpo solo, evitando i “gradini” delle stampe a strati. Con il nuovo sistema, un modellino a forma di fusilli da 4 mm si stampa in poco più di trenta secondi impiegando appena 18 mW di potenza; un coniglietto di Stanford alto 8 mm richiede poco oltre un minuto con 50 mW. Strutture a elica di DNA vengono realizzate con superfici lisce a scala micrometrica.
Riduzione del rumore di speckle e uniformità del campo
Uno degli sviluppi critici riguarda la soppressione degli artefatti di interferenza (“speckle”). EPFL ha introdotto una pipeline che proietta, per ciascun angolo di rotazione, nove ologrammi traslati lateralmente e utilizza fasi da fascio di Bessel generato con axicon. Questa strategia abbassa il contrasto di speckle del 50 % e amplia la profondità di campo utile, mantenendo costante la risoluzione dall’inizio alla fine della polimerizzazione.
Applicazioni biomedicali e micro‐ottiche
La capacità di ottenere geometrie complesse in pochi secondi apre percorsi per la bioprinting volumetrica: la spin-off Readily3D, nata proprio dai laboratori EPFL, ha avviato collaborazioni con BIO INX per sviluppare modelli biologici tridimensionali, come reticoli vascolari e tessuti cellulari organizzati. In campo micro‐ottico, la precisione della modulazione di fase permette di realizzare lenti e guide d’onda con superfici ottiche integrate direttamente in resina.
Evoluzioni nel controllo dell’esposizione e materiali avanzati
L’evoluzione del TVAM include sistemi di controllo automatizzato dell’esposizione, che adattano dinamicamente l’energia luminosa in base alla densità di resina attraversata, e l’introduzione di nanoparticelle assorbenti o convertitrici della lunghezza d’onda, per spingere la profondità di polimerizzazione oltre i limiti attuali. Queste tecniche offrono la possibilità di creare strutture multi‐materiale in un’unica operazione, aprendo ulteriori campi di ricerca.
Prospettive e integrazione industriale
La maggiore efficienza luminosa e la compattezza del nuovo sistema favoriscono l’inserimento della stampa volumetrica nel ciclo produttivo di componenti medicali, ottici e aerospaziali, dove i volumi di produzione sono contenuti ma richiedono alta personalizzazione e rapidità di consegna. Il pragmatismo delle soluzioni MEMS‐based e l’esperienza di aziende come Texas Instruments e Readily3D dimostrano che la stampa tomografica sta maturando verso applicazioni concrete al di là della fase laboratoriale.
