通过高速旋转的潜望镜，四面八方的光打在光敏材料上，经过光固化反应，1秒内即可“打印”毫米尺寸物体……近日，经过5年攻关，中国工程院院士戴琼海教授带领的清华大学成像与智能技术实验室团队研发出计算全息光场3D打印技术，生成毫米尺寸复杂结构的曝光时间仅需0.6秒，较传统体积3D打印曝光速度提升数十倍。北京时间2月12日，相关研究成果以“基于全息光场合成的亚秒级体积三维打印”为题，发表在国际学术期刊《自然》。
论文共同通讯作者、清华大学副教授吴嘉敏介绍，传统3D打印一般以逐点、逐层打印的方式进行，毫米级物体往往需数十分钟乃至数小时才能完成加工；此前，科学家提出了计算轴向光刻等体积打印技术，提升了打印速度，但受限于容器需旋转、景深不足等因素，样本在景深外的打印精度显著下降，且只能使用高粘度材料防止样品下沉，适用范围受较大限制。
相比之下，团队提出的计算全息光场3D打印新技术，创新了光学系统设计，通过高速旋转潜望镜，无需旋转样品，即可生成高分辨率的三维光场分布，进而构建三维实体。
据介绍，该技术取得多项突破——
刷新速度：新技术突破逐点、逐层扫描的瓶颈，能快速精准投影复杂三维光场，实验表明，该技术生成毫米尺寸复杂结构的曝光时间仅需0.6秒，体积打印速率达每秒333立方毫米。
兼容更多打印材料：由于曝光时间极短，曝光期间产物下沉等因素对成型质量的影响大幅削弱，新技术能够兼容从近水粘度的稀溶液到高粘度树脂等多种材料。
拓展打印场景：新技术的打印容器无需特殊形状设计，且打印时容器保持静止、无需高精度的机械运动，这大幅拓展了打印场景，尤其是能够直接在带有光学平面的管道内放置打印材料，实现流体管道中的批量、连续打印。
此外，通过自适应光学校准、像差矫正算法与全息算法的深度融合等，解决了传统打印技术普遍存在的焦面附近精度高、离焦区域精度衰减的问题。
吴嘉敏介绍，未来，在生物学领域，该技术能够用生物相容性材料打印模拟血管的螺旋管、分叉管，甚至在培养皿、生物组织上“原位打印”，为组织工程、高通量药物筛选打开新通道；在工程制造领域，有望融入流水线，批量生产光子计算器件、手机相机模组等微型组件，打印带有尖锐角度、复杂曲面的零件等；通过在容器内堆叠不同功能的材料，还有望实现多材料打印，从而拓展到柔性电子、微型机器人、高分辨率组织模型等场景。
编辑：余凤
责任编辑：陈翠
编审：张宏彦
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