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Dieser superschnelle 3D-Drucker wird von Hologrammen angetrieben
Ein hellgrüner Laser leuchtet auf und scheint in eine Petrischale voller Schleim. Aus dem Nichts taucht die Form einer Büroklammer auf – erst gespenstisch, dann fest. Fünf Sekunden später ist der Clip herausgefischt, gereinigt und einsatzbereit.
Das Grundprinzip hier ist ein etabliertes 3-D-Druckverfahren, bei dem ein lichtaktiviertes Monomer mit Lasern zu festem Kunststoff ausgehärtet wird. Aber im Gegensatz zu anderen Ansätzen, bei denen ein Laser hin und her scannt, um Formen Schicht für Schicht zu erzeugen, erledigt dieses System alles auf einmal mit einem 3-D-Lichtfeld – mit anderen Worten, einem Hologramm. Es könnte den 3D-Druck viel schneller machen.
Das Herzstück des Geräts, das die Büroklammer gedruckt hat, ist ein holografischer Chip, der von entwickelt wurde Daqri , ein Startup, das Augmented-Reality-Geräte in Laboratorien in San Francisco und in Milton Keynes, Großbritannien, entwirft und baut. Das Unternehmen stellt intelligente Brillen ähnlich der HoloLens von Microsoft und Head-up-Displays für Autos her; Letztere wurden in über 150.000 Fahrzeuge von Jaguar Land Rover eingebaut.
Der Vorteil des Chips von Daqri besteht laut Unternehmen darin, dass er Hologramme erstellen kann, ohne dass eine komplexe Optik erforderlich ist. Auf einem Siliziumwafer wird ein winziges Gitter aus abstimmbaren Kristallen verwendet, um die Größe und Zeitverzögerung oder Phase des reflektierten Lichts zu steuern, das von einem Laser auf die Oberfläche des Chips scheint. Eine Software passt die Kristalle an, um Interferenzmuster im Licht zu erzeugen, was zu einem dreidimensionalen Lichtfeld führt.
In Experimenten hat das Team den Chip verwendet, um feste Objekte zu erzeugen, indem Hologramme in Behälter mit verschiedenen lichtaktivierten Monomeren projiziert wurden. Derzeit kann er kleine Objekte wie eine Büroklammer in etwa fünf Sekunden herstellen – ein Vorgang, der mit einem normalen 3D-Drucker mehrere Minuten dauern könnte.
Seamus Blackley, der leitende Wissenschaftler von Daqri, sagt, dass das resultierende Produkt nicht unter Schwächen leidet, die durch die Körnung verursacht werden, die entsteht, wenn ein Objekt durch Hin- und Herscannen eines Objekts in 3D gedruckt wird, da die gesamte Form in einem Durchgang erstellt wird . Stützstrukturen, die beim schichtweisen Aufbau von Objekten erforderlich sind, seien ebenfalls unnötig, sagt er, und größere Objekte sollten etwa genauso lange zum Drucken benötigen wie kleinere.
Es gibt einige Einschränkungen. Die aktuelle Hardware erzeugt zum Beispiel nur flache Formen, wie die Büroklammer im Video. Die Tiefe sollte jedoch mit der Größe des verwendeten holografischen Chips zunehmen, und das Unternehmen plant, das Gerät entsprechend zu skalieren.
Dávid Lakatos, Produktleiter des 3-D-Druckunternehmens Formlabs , sagt, dass Hitze auch ein Problem sein könnte. Polymerisation ist ein exothermer Prozess, sagt er und bezieht sich auf den Prozess, bei dem die lichtaktivierte Flüssigkeit zu einem Feststoff aushärtet. Etwas schneller zu drucken bedeutet, dass viel Energie aus der Reaktion freigesetzt wird. Das könnte dazu führen, dass Teile eines größeren Objekts schmelzen.
Dennoch hat der Chip von Daqri auch andere interessante Anwendungen. Während das Unternehmen bereits Augmented-Reality-Geräte baut, plant es, seinen holografischen Chip zu verwenden, um Displays mit mehreren Informationsebenen zu erstellen. Derzeit verfügt es über einen Prototyp eines Head-up-Displays, das ein Bild auf einer Windschutzscheibe und eines viele Meter voraus mit einer Auflösung, die einem 720p-HD-Bildschirm entspricht, in Echtzeit wiedergeben kann.
Aber die Erstellung von Displays, die echte 3-D-Inhalte statt planarer Inhalte erzeugen, ist rechenintensiv. Wenn Sie ein Bild mit 1.000 x 1.000 Pixeln erstellen möchten, sind das eine Million Punkte, erklärt Daping Chu von der Zentrum für fortgeschrittene Photonik und Elektronik an der Universität Cambridge. Wenn Sie ein 3-D-Bild mit der gleichen Auflösung wollen, [das heißt] eine Milliarde Punkte. Im Prinzip ist es das gleiche Problem. Aber in Wirklichkeit … haben Sie nicht genug Hardware-Kapazität.
Vorerst stößt Daqri mit seinen Zwei-Ebenen-Geräten bereits an die Grenzen der verfügbaren Rechenleistung. Da die Rechenleistung jedoch zunimmt, ist das Unternehmen optimistisch, dass die Anzeige von 3-D-Bildern in Echtzeit bald möglich sein wird.