Im Jahr 2025 veröffentlichten Wissenschaftler der EPFL einen verbesserten Ansatz für die tomografische volumetrische additive Fertigung (TVAM): ein 3D-Druckverfahren, bei dem Laserlicht verwendet wird, um eine rotierende Flasche mit lichtempfindlichem Harz in die gewünschte Form auszuhärten. In dieser Arbeit nutzten die Forscher Hologramme, um 3D-Formen zu kodieren, indem sie die Ausrichtung (Phase) der Lichtwellen modulierten, anstatt deren Helligkeit (Amplitude), wie es bei früheren Methoden der Fall war, wodurch weitaus mehr von der Laserleistung erhalten blieb.
Nun hat das Team des Laboratory of Applied Photonic Devices (LAPD) eine neue Plattform für den holografischen Ansatz zur Verbesserung von TVAM entwickelt, wodurch dieses Verfahren siebzigmal effizienter ist als bisherige Techniken. Dieser Durchbruch ist darauf zurückzuführen, dass das Team erstmals ein neues Gerät einsetzt, das die Phase eines Lichtstrahls in einem volumetrischen 3D-Drucksystem direkt steuert.
In ihren Experimenten nutzten die Forscher ihr neues System, um Objekte im Millimeterbereich innerhalb von Sekunden und Objekte im Zentimeterbereich innerhalb von Minuten zu verfestigen. Wichtig ist, dass die Phasensteuerung der Methode den holografischen Druck mit selbstheilenden Strahlen ermöglicht, wodurch in lichtstreuenden Medien – wie beispielsweise solchen, die lebende Zellen enthalten – 3D-gedruckte Objekte mit höherer Präzision hergestellt werden können.
„Die nachgewiesene Effizienz und Präzision unserer Methode ermöglicht es nun endlich, gewebeähnliche Strukturen in nahezu klinischem Maßstab zu bioprinten“, sagt Christophe Moser, Leiter des LAPD. „Wir haben Strukturen gedruckt, die deutlich größer sind als die, die mit früheren holografischen Ansätzen erzielt wurden, und das trotz der durch die eingebetteten Zellen verursachten erhöhten Lichtstreuung.“
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In ihrer Studie druckten die Forscher mithilfe eines 150-mW-Diodenlasers ein menschliches Ohr in Lebensgröße – ein Schritt in Richtung biogedruckter Implantate für die rekonstruktive Medizin. Anhand eines kleineren Druckmodells (Volumen 64 mm³) konnten die Forscher bestätigen, dass die eingebetteten lebenden Zellen nach sechs Tagen noch lebensfähig waren und sogar organisierte Netzwerke gebildet hatten.
Um die Oberflächenqualität der mit ihrer Technik gedruckten Objekte weiter zu verbessern, kombinierten die Forscher ihre effiziente Lichtquelle mit einer neuen Strategie zur Reduzierung von zufälligen Lichtinterferenzen, dem Speckle-Effekt, der zu körnigen Oberflächen führen kann. „Unser Ansatz bringt den volumetrischen Druck näher an Implantate in Originalgröße heran und ermöglicht eine biologisch verträgliche Fertigung unter Verwendung von Lasern mit geringer Leistung“, fasst die Hauptautorin der Studie, LAPD-Doktorandin Maria Alvarez-Castaño zusammen.
Den Forschenden zufolge konzentriert sich die künftige Arbeit auf die Verbesserung der Projektionsgenauigkeit sowie auf die Untersuchung der Grenzen der Strahlformung beim Drucken in Bioharzen mit hoher Zelldichte konzentrieren wird. Weitere Verbesserungen für TVAM-Plattformen, die in kommenden Veröffentlichungen beschrieben werden sollen, umfassen bessere Möglichkeiten, direkt auf oder um bestehende Objekte herum zu drucken, sowie neue Methoden zur präziseren Gestaltung mikroskopischer Details durch die Vorhersage der Reaktionen der Chemikalien im Harz während des Druckvorgangs. Die letztgenannte Methode nutzt insbesondere die holografische volumetrische additive Fertigung, um Objekte herzustellen, indem einfach ein Hologramm auf ein Fläschchen mit Harz projiziert wird, ohne dass dieses gedreht werden muss. [EPFL / dre]
Weitere Informationen
- Originalpublikation
M. I. Álvarez-Castaño, R. Rizzo, V. Sgarminato, et al., High-efficiency multi-scale holographic volumetric 3D printing with a phase light modulator, Light Sci. Appl. 15, 241, 19. Mai 2026; DOI: 10.1038/s41377-026-02331-4 - Laboratory of Applied Photonics Devices (Christophe Moser), School of Engineering | STI, EPFL, Lausanne
