通過高速旋轉的潛望鏡，四面八方的光打在光敏材料上，經(jīng)過光固化反應，1秒內即可“打印”毫米尺寸物體……近日，經(jīng)過5年攻關，中國工程院院士戴瓊海教授帶領的清華大學成像與智能技術實驗室團隊研發(fā)出計算全息光場3D打印技術，生成毫米尺寸復雜結構的曝光時間僅需0.6秒，較傳統(tǒng)體積3D打印曝光速度提升數(shù)十倍。北京時間2月12日，相關研究成果以“基于全息光場合成的亞秒級體積三維打印”為題，發(fā)表在國際學術期刊《自然》。

論文共同通訊作者、清華大學副教授吳嘉敏介紹，傳統(tǒng)3D打印一般以逐點、逐層打印的方式進行，毫米級物體往往需數(shù)十分鐘乃至數(shù)小時才能完成加工；此前，科學家提出了計算軸向光刻等體積打印技術，提升了打印速度，但受限于容器需旋轉、景深不足等因素，樣本在景深外的打印精度顯著下降，且只能使用高粘度材料防止樣品下沉，適用范圍受較大限制。

相比之下，團隊提出的計算全息光場3D打印新技術，創(chuàng)新了光學系統(tǒng)設計，通過高速旋轉潛望鏡，無需旋轉樣品，即可生成高分辨率的三維光場分布，進而構建三維實體。

據(jù)介紹，該技術取得多項突破——

刷新速度：新技術突破逐點、逐層掃描的瓶頸，能快速精準投影復雜三維光場，實驗表明，該技術生成毫米尺寸復雜結構的曝光時間僅需0.6秒，體積打印速率達每秒333立方毫米。

兼容更多打印材料：由于曝光時間極短，曝光期間產物下沉等因素對成型質量的影響大幅削弱，新技術能夠兼容從近水粘度的稀溶液到高粘度樹脂等多種材料。

拓展打印場景：新技術的打印容器無需特殊形狀設計，且打印時容器保持靜止、無需高精度的機械運動，這大幅拓展了打印場景，尤其是能夠直接在帶有光學平面的管道內放置打印材料，實現(xiàn)流體管道中的批量、連續(xù)打印。

此外，通過自適應光學校準、像差矯正算法與全息算法的深度融合等，解決了傳統(tǒng)打印技術普遍存在的焦面附近精度高、離焦區(qū)域精度衰減的問題。

吳嘉敏介紹，未來，在生物學領域，該技術能夠用生物相容性材料打印模擬血管的螺旋管、分叉管，甚至在培養(yǎng)皿、生物組織上“原位打印”，為組織工程、高通量藥物篩選打開新通道；在工程制造領域，有望融入流水線，批量生產光子計算器件、手機相機模組等微型組件，打印帶有尖銳角度、復雜曲面的零件等；通過在容器內堆疊不同功能的材料，還有望實現(xiàn)多材料打印，從而拓展到柔性電子、微型機器人、高分辨率組織模型等場景。