Метод 3D печати при одноэкспозиционном голографическом формообразовании в объёме материала

Ссылка для цитирования:

Ворзобова Н.Д., Соколов П.П. Метод 3D печати при одноэкспози ционном голографическом формообразовании в объёме материала // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 12. С. 38–45. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-12-38-45

Vorzobova N.D., Sokolov P.P. 3D printing method for single-exposure holograp- hic formation in volume material [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 12. P. 38–45. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-12-38-45

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования — метод 3D печати, основанный на голографическом формообразовании при отображении в объёме фотополимерного материала трёхмерного распределения интенсивности излучения, преимуществом которого относительно аддитивных технологий является исключение последовательного синтеза и формирование всего изделия при однократном экспонировании. Цель работы — разработка метода 3D печати трёхмерных изделий, основанного на одноэкспозиционном голографическом формообразовании в объём материала, выявление и исследование факторов, определяющих конфигурации и размерные характеристики трёхмерных изделий. Методология — экспериментальное и теоретическое исследование влияния на характеристики изделий кислородного ингибирования, поглощения в материале, длин волн излучения, используемого для записи проектирующей голограммы и в схеме 3D печати, двухфотонных процессов. Основные результаты. Показана возможность реализации метода при использовании излучения в зелёной и УФ областях спектра и лабораторных и промышленных фотополимер ных материалов. Продемонстрировано, что уменьшение длины волны формирующего излучении благоприятно для уменьшения размерных трансформаций. Установлена связь протяжённости формируемых объектов по глубине с поглощением в материале и его позитивная роль для мало размерных изделий. Выявлена перспективность использования фемтосекундного излучения для уменьшения размеров области полимеризации. Практическая значимость. Метод одноэкспози ционного голографического формообразования представляет интерес для быстрого изготовления трёхмерных микроповерхностей, а также трёхмерных изделий для техники и медицины.

Ключевые слова:

голографическая 3D печать, одноэкспозиционное формообразование в объ ёме фотополимерного материала, проектирующая голограмма

Благодарность:

работа выполнена в рамках проекта тематики научных исследований № FSER-2025-0007 Министерства науки и высшего образования РФ. Авторы выражают благо дарность Б. А. Наседкину и А. О. Исмагилову за предоставление источников излучения в УФ об ласти спектра.

Коды OCIS: 090.2890б, 160.5470, 220.3740, 220.4000, 240.3990

Список источников:

1. Geisler E., Lecompère M., Soppera O. 3D printing of optical materials by processes based on photopolyme- rization: materials, technologies, and recent advances // Photonics Research. 2022. V. 10. № 6. P. 1344. DOI: 10.1364/PRJ.453338

2. Regehly M., Garmshausen Y., Reuter M., König N.F., Is rael E., Kelly D.R., Chou C-Y., Koch K., Asfari B., Hecht S. Xolography for linear volumetric 3D printing // Nature. 2020. V. 588. P. 620. DOI:10.1038/s41586-020-3029-7 3. Manousidaki M. Papazoglou D.G., Farsari M., Tzortza kis S. 3D holographic light shaping for advanced multiphoton polymerization // Optics Letters. 2020. V. 45. № 1. P. 85. DOI:10.1364/OL.45.000085

4. Álvarez-Castaño М.I., Madsen A.G., Madrid-Wolff J., Sgarminato V., Boniface A., Glückstad J., Moser C. Holographic tomographic volumetric additive manufac turing // Nature Communications. 2025. 16:1551. DOI: 10.1038/s41467-025-56852-4

5. Lale A., Buckley C., Kermene V, Desfarges-Berthele mot A., Dumas-Bouchiat F., Mignard Е., Rossignol F. Holographic photopolymerization combined to micro fluidics for the fabrication of lab-in-lab microdevices and complex 3D micro-objects // Heliyon. 2023. V. 9. P. e20054. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e20054 6. Aderneuer T., Fernündez O., Ferrini R. Two-photon grayscale lithography for free-form micro-optical ar rays // Optics express. 2021. V. 29. № 24. P. 39511. DOI: 10.1364/OE.440251

7. Marschner D.E., Pagliano S., Huang P.H., Niklaus F. A methodology for two-photon polymerization mi cro 3D printing of objects with long overhanging structures // Additive Manufacturing. 2023. V. 66. P. 103474. DOI: 10.1016/j.addma.2023.103474

8. Rad Z.F., Prewett P.D., Davies G.J. High-resolution two-photon polymerization: The most versatile technique for the fabrication of microneedle arrays // Microsystems & nanoengineering. 2021. V. 7. № 1. P. 71. DOI: 10.1038/s41378-021-00298-3

9. Somers P., Liang Z., Johnson J.E., Boudouris B.W., Pan L., Xu X. Rapid, continuous projection multi-photon 3D printing enabled by spatiotemporal focusing of femtosecond pulses // Light: Science & Applications. 2021. V. 10. № 1. P. 199. DOI: 10.1038/s41377-021 00645-z

10. Shusteff M., Browar A., Kelly B.E., Henriksson J., Weisgraber T.H., Panas R.M. One-step volumetric additive manufacturing of complex polymer structures // Science Advances. 2017. V. 3. P. 54968. DOI: 10.1126/ sciadv.aao5496

11. Lin D., Chen X., DeaC.O. Kim J-V., Mason K.S., Lee K.S., Majumder A., Chang C-H., Cullinan M., Page Z.A., Menon R. Single-exposure holographic 3D printing via inverse-designed phase masks // arXiv.org. [physics. optics] 2026. V. 29. DOI: 10.48550/arXiv.2601.0661

12. Vorzobova N.D., Bulgakova V.G., Veselov V.O. Forma tion of 3D structures in a volumetric photocurable material via a holographic method // Оptics and Spectroscopy. 2015. V. 119. № 6. P. 1034. DOI: 10.1134/ S0030400X15120243

13. Vorzobova N., Sokolov P. Application of photopolymer materials in holographic technologies // Polymers. 2019. V. 11. № 12. P. 2020. DOI: 10.3390/ polym11122020 14. Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография. Пер. с англ. под редакцией Ю.И. Островского. М: Мир, 1973. 686 с. Collier R.J., Burckhardt L.H., Lin L.H. Optical holography. New York, London: Academic Press, 1971. 613 p. 15. Ворзобова Н.Д. Особенности и процессы получения импульсных голограмм // Голография: фундаментальные исследования, инновационные проекты и нанотехнологии. Материалы ХХVI школы по когерентной оптике и голографии. Иркутск, Россия. 4–9 сентября 2008. С. 175–185.

Vorzobova N.D. Features and processes of pulsed holograms obtaining // Holography: fundamental research, innovative projecsand nanotechnologies. Proceedings of the XXVI school on coherent optics and holography. Irkutsk, Russia. September 4–9 2008. P. 175–185.

16. Ворзобова Н.Д., Соколов П.П. Формирование и свойства объемных и рельефных голографических решеток в фотополимерных материалах // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 3. С. 16–25. DOI: 10.17586/ 1023-5086-2023-90-03-16-25

Vorzobova N.D., Sokolov P.P. Formation and proper ties of volume and relief holographic gratings in pho topolymer materials // Journal of Optical Technol ogy. 2023. V. 90. P. № 3. P. 114–118. DOI: 10.1364/ JOT.90.000114