La impresión 3D en 0,6 segundos crea objetos complejos usando solo luz

La impresión 3D clásica suele funcionar en serie: un componente se crea punto por punto o capa por capa, y cada capa debe exponerse, retirarse y humedecerse nuevamente. Este procedimiento es preciso, pero cuesta tiempo y crea interfaces entre capas individuales que pueden provocar puntos débiles. En cambio, en la impresión 3D volumétrica se irradia específicamente con luz una resina sensible a la luz, el llamado fotopolímero, de modo que un objeto tridimensional se endurece de una sola vez en todo el volumen del material. Los enfoques anteriores, como la litografía axial asistida por computadora, logran esto girando el recipiente de resina 360 grados mientras se proyectan patrones de luz en él. Sin embargo, es precisamente esta rotación mecánica la que limita la resolución porque crea vibraciones y flujos en la resina. La fabricación aditiva se ha enfrentado durante mucho tiempo a un conflicto de objetivos entre velocidad y precisión, que ahora el nuevo proceso pretende desactivar.

El nuevo enfoque se llama Síntesis Digital Incoherente de Campos de Luz Holográficos, o DISH para abreviar. Se prescinde por completo de la rotación del material y en su lugar dirige la luz. Un periscopio que gira rápidamente proyecta patrones de luz holográficamente optimizados desde muchos ángulos diferentes en un volumen estático de resina. Debido a que la resina líquida permanece estacionaria durante la impresión, no se producen fuerzas de corte que puedan destruir estructuras finas. Los procesos comparables para la fabricación aditiva ligera siempre han tenido que aceptar este compromiso. El patrón de intensidad de luz tridimensional superpuesto endurece todo el objeto casi al mismo tiempo. Como explica el equipo de la Universidad de Tsinghua en su trabajo en la revista Nature, se puede crear un componente a escala milimétrica en menos de un segundo.

Cómo un periscopio giratorio reemplaza la estructura en capas

El corazón del sistema es el periscopio giratorio, que cambia el ángulo de visión sin tener que mover el propio recipiente de resina. Dirige imágenes láser proyectadas en el contenedor a hasta diez revoluciones por segundo. Un sistema de microespejos digitales que funciona a hasta 17.000 Hertz sincroniza con precisión los patrones de proyección binaria con la posición angular respectiva. A diferencia de los sistemas volumétricos anteriores que se basaban en aproximaciones ópticas de haz simplificadas, el equipo utiliza un modelo óptico de ondas. Esto tiene en cuenta la difracción y refracción de la luz a medida que pasa del aire a la resina y mantiene la claridad incluso a mayores profundidades. El proceso logra una resolución uniforme de aproximadamente 19 micrómetros en una distancia de un centímetro; las estructuras independientes más pequeñas miden unos doce micrómetros. Esto permite crear detalles más finos que un cabello humano. La velocidad de presión alcanza hasta 333 milímetros cúbicos por segundo.

Del modelo de mesa al tubo biológico

Para demostrar su versatilidad, el grupo imprimió varios objetos de prueba, entre ellos el barco Benchy, conocido como referencia entre los expertos, un modelo de avión, tubos en espiral y una pequeña figura. Se probó toda una gama de materiales a base de acrilato e hidrogel con diferentes viscosidades, desde finas hasta viscosas. También se obtuvo un tubo biológico ramificado, lo que hace que el método sea interesante para aplicaciones biomédicas. Además de la Universidad de Tsinghua, también participaron en el trabajo los centros de investigación médica de la Universidad de Zhejiang. Especialmente digno de mención: la alta resolución se mantiene incluso cuando la resina está estacionaria o fluye a través de un canal de fluido. Según el equipo, el contenedor sólo necesita tener una superficie ópticamente plana. Precisamente este punto abre perspectivas para la impresión continua de estructuras finas directamente en un medio fluido, como se requiere en modelos de tejidos o componentes microfluídicos.

Por qué el proceso podría cambiar la fabricación aditiva

Para un uso práctico, es fundamental que DISH pueda trabajar con resinas de diferente dureza porque no se producen perturbaciones en el flujo en el material estacionario. Esto amplía significativamente la elección de materiales, lo que es un factor importante para la utilizabilidad industrial. Wu Jiamin, autor correspondiente del estudio, cita la principal ventaja de proyectar de forma rápida y precisa los patrones de luz necesarios, lo que elimina la necesidad de realizar un escaneo punto por punto que requiere mucho tiempo. Por tanto, la fabricación aditiva podría dar un paso hacia la producción en masa de componentes de alta calidad. Sin embargo, persisten las limitaciones: el proceso se limita actualmente a volúmenes de construcción relativamente pequeños, del orden de centímetros, y los campos de luz holográficos requieren una potencia de cálculo considerable porque deben calcularse en tiempo real y superponerse con precisión. Además, la optomecánica del sistema sincronizado y de rotación rápida plantea grandes exigencias. Queda por ver si a partir de todo esto surgirán sistemas industriales y cuándo, pero el enfoque desplaza la discusión de la cuestión de la capa más rápida a la cuestión de por qué la impresión todavía se realiza en capas.

Naturaleza, impresión 3D volumétrica en menos de un segundo mediante síntesis de campo de luz holográfica; doi:10.1038/s41586-026-10114-5