Будущее 3D-печати: голографические технологии

Традиционные методы 3D-печати, такие как FDM (послойное наложение расплавленного пластика), SLA (лазерное отверждение фотополимерной смолы) и SLS (спекание порошковых материалов лазером), давно стали стандартом в аддитивном производстве. Они прекрасно показывают себя на практике, но пока имеют один важный недочет — длительное время печати. Простые объекты могут создаваться от 30 минут до нескольких часов, а сложные — требуют суток и даже более.

Но что, если объект можно создать сразу целиком, фактически материализуя его из света? Почти магия. И все-таки это стало возможным благодаря голографическим технологиям — DISH (цифровой некогерентный синтез голографических световых полей, или Digital Incoherent Synthesis of Holographic Light Fields) и HoloTile.

Технологии DISH и HoloTile используют световые узоры, проецируемые в жидкую смолу

Обе технологии используют световые узоры, проецируемые в жидкую смолу, которая затвердевает только в нужных местах. Но у каждой есть свои уникальные особенности, преимущества и области применения.

От томографии к голографии: как в разы повысить скорость 3D-печати

Томографическая 3D-печать, с помощью которой можно создавать объекты за секунды вместо часов, стала первой заявкой на качественный прорыв в аддитивных технологиях.

Томографическая 3D-печать — метод, при котором объект создается не по частям, а сразу весь. Вместо нанесения материала слоями, как в традиционных 3D-принтерах, при томографической печати используется проекция световых узоров на жидкую фотополимерную смолу с разных углов. В местах, где световые лучи пересекаются, обеспечивая нужную интенсивность, смола затвердевает, формируя трехмерный объект. Этот метод напоминает компьютерную томографию (КТ), где изображение восстанавливается из множества снимков под разными углами.

В числе преимуществ томографической печати можно назвать:

• Скорость. Объекты создаются за секунды (вместо часов).
• Отсутствие слоев. Нет необходимости в поддерживающих структурах.
• Создание объектов со сложной геометрией. Возможность печатать полые и решетчатые структуры.

В местах пересечения световых лучей смола затвердевает, формируя трехмерный объект

Однако у этого метода имелись существенные ограничения: низкое разрешение (около 300 мкм), необходимость вращения образца и зернистость отпечатанных объектов (спекл-шум).

Новые технологии — DISH и HoloTile — преодолели эти барьеры, соединив голографию и томографию.

• DISH ускорила печать до 0,6 секунды и повысила разрешение до 19 мкм, отказавшись от вращения образца.
• HoloTile устранила зернистость (спекл-шум) и улучшила точность до 31 мкм, сделав технологию идеальной для биопечати и оптики.

Технология DISH

DISH позволяет печатать сложные микрообъекты с разрешением 19 мкм за 0,6 секунды. Что будет полезно для биопечати, микрофотоники и массового производства.

DISH — технология объемной 3D-печати, использующая динамическое сканирование световых полей при помощи микрозеркального устройства DMD и вращающегося перископа. Отказ от вращения емкости со смолой и прямая оптимизация световых узоров позволяют достигать экстремально высокой скорости формирования объектов.

Ключевые особенности и преимущества DISH

• Скорость. Печать объектов миллиметрового масштаба за 0,6 секунды (традиционные методы требуют минут или часов). В экспериментах 2026 года с помощью DISH напечатали сложные микроструктуры с разрешением 19 мкм за доли секунды.
• Разрешение. До 19 мкм (тоньше человеческого волоса), в то время как традиционные методы обеспечивают 100+ мкм. Кроме того, технология позволяет обеспечить равномерную точность даже на глубине до 1 см.
• Материалы. Совместимость с акриловыми смолами (DPHA, BPAGDA), биосовместимыми гидрогелями (GelMA, SilMA), эластичными материалами (UDMA).
• Гибкость. DISH можно интегрировать с потоковыми каналами, что позволяет массово производить сложные 3D-структуры в низковязких материалах.

Как работает DISH?

DISH использует вращающийся перископ и цифровое микрозеркальное устройство (DMD) для проекции оптимизированных световых узоров. Световые поля рассчитываются с помощью итеративных алгоритмов, что позволяет создавать высокоточные 3D-структуры без необходимости вращения образца.

Технология DISH позволяет за считанные секунды создавать объект целиком

Скорость вращения перископа может достигать 10 оборотов в секунду, а скорость модуляции DMD (до 17 ГГц) обеспечивает высокое разрешение даже на большой глубине.

Система автоматически калибруется за несколько минут, компенсируя искажения и обеспечивая равномерное разрешение.

Применение технологии DISH

• Биопечать. Печать микроструктур для тканевой инженерии, органоидов.
• Микрофотоника. Создание оптических микрочипов, волноводов.
• Массовое производство. Быстрое изготовление микроструктур для электроники и механики.

Развитие технологии на текущий момент

На данный момент DISH — это лабораторная технология, но она активно развивается.

Первые коммерческие решения на основе DISH для биомедицинских и промышленных приложений следует ожидать примерно через 3–5 лет.

Технология голографической 3D-печати HoloTile

HoloTile — технология объемной 3D-печати, в которой оптимизированные статичные голограммы проецируются на вращающийся контейнер с фотополимером в рамках TVAM-схемы (TVAM — томографическое объемное аддитивное производство, или Tomographic Volumetric Additive Manufacturing). Благодаря управлению функцией рассеяния точки (PSF) и энергоэффективности метод обеспечивает высокую точность, необходимую для биомедицинских задач.

Технология HoloTile обеспечивает высокую точность печати, необходимую для биопечати

Ключевые особенности и преимущества HoloTile

• Скорость. Печать объектов сантиметрового масштаба менее чем за минуту (традиционные методы требуют часов). Алгоритмы HoloTile в 100 раз быстрее традиционных методов генерации голограмм, что ускоряет печать в разы.
• Разрешение. До 31 мкм (тоньше человеческого волоса).
• Материалы. Совместимость с акриловыми смолами, гидрогелями, биосовместимыми материалами.
• Уменьшение зернистости (спекл-шума) — оптимизация PSF (Point Spread Function). Технология формует световые «пиксели» так, чтобы они не перекрывались, что уменьшает зернистость печати и повышает ее точность. Это позволяет печатать сложные структуры с высоким разрешением.

Как работает HoloTile?

HoloTile использует инновационный метод цифровой голографии, основанный на двух ключевых принципах: разбиение голограммы на множество мелких фрагментов («плиток») и управление формой каждой точки света.

В отличие от DISH, HoloTile интегрируется в традиционную схему томографической печати (TVAM), использующую вращающийся контейнер с полимером, куда система проецирует трехмерную голограмму. Благодаря разбиению на субголограммы расчет необходимых световых узоров происходит в несколько раз быстрее по сравнению со стандартными методами, а специальное формирование волнового фронта придает каждой точке четкую форму (например, квадратную), что полностью устраняет зернистость (спекл-шум) без необходимости усреднения во времени.

HoloTile позволяет устранить зернистость (спекл-шум), которая характерна для обычных способов 3D-печати

Энергоэффективность системы достигает >95%, что позволяет использовать для печати источники света с гораздо меньшей мощностью. Важной особенностью являются самовосстанавливающиеся голографические лучи, которые сохраняют свою форму и фокусировку даже при прохождении через мутные среды, такие как гидрогели с живыми клетками.

Применение технологии HoloTile

• Биопечать (основное применение). Создание сложных трехмерных тканевых структур и органов из клеточных гидрогелей. Высокая эффективность света и "самовосстановление" лучей позволяют печатать, не повреждая живые клетки.
• Исследовательские задачи. Оптический захват и манипулирование микрочастицами, квантовая связь, фундаментальные исследования в фотонике.
• Промышленное прототипирование. Быстрое изготовление сложных миллиметровых объектов (тестовые модели, микроструктуры) с высоким разрешением (до 31 мкм).

Развитие технологии на текущий момент

На данный момент HoloTile находится на стадии активного развития и коммерциализации.

В 2024-2025 годах технология была успешно протестирована и описана в ряде научных работ, включая публикации в Nature Communications. Исследователи из Университета Южной Дании (SDU) и Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) продолжают совершенствовать метод, работая над возможностью отказа от вращения контейнера для упрощения системы.

Отличия 3D-томографии, HoloTile и DISH

Заключение

Голографические технологии 3D-печати DISH и HoloTile знаменуют собой переход к революционному скачку развития аддитивных технологий. Там, где традиционные методы (FDM, SLA, SLS) и даже классическая томография упирались в физические ограничения — скорость, разрешение, качество поверхности или совместимость с живыми клетками — голография предлагает принципиально иной подход: создание объекта целиком из светового поля.

DISH делает ставку на экстремальную скорость (доли секунды) и микронную точность, отказываясь от вращения образца. Это открывает путь к массовому производству микроструктур и печати в проточных системах.

HoloTile фокусируется на качестве и биосовместимости. Устраняя зернистость и доводя эффективность использования света до 95%, она создает идеальные условия для биопечати, где важна не только форма, но и сохранность живых клеток внутри гидрогеля.

Обе технологии работают на одном поле — создании сложных 3D-структур за секунды вместо часов, но закрывают слепые зоны друг друга: там, где DISH обеспечивает скорость, HoloTile гарантирует чистоту изображения. Вполне возможно, будущее 3D-печати — за гибридизацией этих подходов.

Пока технологии DISH и HoloTile проходят лабораторные испытания и через 3-5 лет готовятся к выходу на коммерческий рынок, реальное производство уже сегодня требует проверенных и доступных решений. Мы внимательно следим за новыми технологиями и постараемся первыми предложить нашим клиентам промышленные устройства, когда они станут отраслевым стандартом. А прямо сейчас вы можете оценить актуальную линейку высокопроизводительных 3D-принтеров — оборудования, которое закрывает самые сложные задачи уже сегодня. И подобрать качественные расходные материалы и комплектующие к ним.