三维打印技术
作为科学研究和工业生产的重要工具
其高效率、高精度的性能突破
关系到生物医学、微纳科技等
多个前沿领域的发展
但现有的三维打印方法
如逐点打印、逐层打印、体积打印
均存在较为突出的“速度和精度”的矛盾
戴琼海院士（左三）团队
清华大学戴琼海院士团队
历经五年攻关，研发出
“计算全息光场（DISH）”三维打印技术
将传统体积三维打印曝光速度
提升数十倍
创下“毫米尺寸复杂结构曝光时间0.6秒”的新纪录
该技术还可大幅提高体积三维打印的精度
未来，有望为相关领域技术升级
提供新的解决方案
相关研究成果于北京时间2月12日
以《基于全息光场合成的亚秒级体积三维打印》（Sub-second Volumetric 3D Printing by Synthesis of Holographic Light Fields）为题
在线发表于《自然》（Nature）
Nature网站论文截图
改写三维打印底层逻辑
传统逐点、逐层三维打印技术虽能保障精度，但打印效率较低，毫米级物体往往需要数十分钟甚至数小时才能完成加工，难以适配实际科研与生产的需求。
现有的体积打印技术，如计算轴向光刻（CAL），采用一体成型的打印方式提升了速度，却受限于容器需旋转和景深不足等因素，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，适用范围受到较大限制。
三种投影方式对比
研究中，团队发现计算光学不仅可用于“捕捉光场信息”（如成像观测），还能反向应用于“利用光场构建物体”（如三维打印）。基于这一发现，团队将计算光学技术拓展到增材制造领域，通过成像光路的逆过程设计系统，实现了从信息获取到实体制造的技术跨越。
历经五年攻关，团队逐步攻克了多视角光场的高速调控、拓展景深的全息图案优化算法设计、基于数字自适应光学的高精度光路矫正等一系列难题，最终研发出了“计算全息光场（DISH）”三维打印技术。
DISH技术的核心创新，正是“操纵高维光场构建三维实体”，改写了传统三维打印的底层逻辑。
DISH技术系统设计图
实现多项技术突破
0.6秒——创下新纪录
DISH系统突破逐点、逐层扫描的速度瓶颈，能快速精准投影复杂三维的光强分布。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，创下曝光时间新纪录，远超传统体积三维打印技术曝光的30秒水平。
打印过程实拍，不到一秒即可完成毫米尺寸物体打印
兼容更多打印材料
在传统体积三维打印技术中，样本下沉引起材料流动，会严重影响成型质量，只能选用高粘度材料。而DISH技术曝光时间极短，大幅削弱材料流动的影响，从近水粘度的稀溶液到高粘度树脂，各类材料都能兼容。
低粘度材料中打印过程实拍
拓展更多打印场景
DISH技术的打印容器只需具备一个光学平面即可，无需特殊设计；打印时容器保持静止，无需高精度的机械运动，大幅拓展了打印场景，尤其能直接在普通的流体管道内放置打印材料，实现流体环境中的批量、连续打印，这是传统体积三维打印技术无法完成的。
管道内全自动超快连续三维打印，每次均可打印不同的三维形状
大幅减少景深限制
传统体积三维打印技术受限于景深不足，普遍存在“焦面附近精度高、离焦区域精度衰减”的问题，DISH技术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，从根本上解决了这一难题——像素级校准系统可精准补偿光场传播中的像差与偏移，自主研发的像差校正和三维全息算法则将同参数条件的景深从传统的50微米拓展至1厘米。经实验验证，系统的光学分辨率在1厘米范围内始终保持11微米，打印产物最细独立特征可达12微米。
复杂结构打印产物展示
DISH应用前景广阔
作为多学科交叉研究成果，DISH技术整合了光学工程、控制理论、计算机算法、材料科学等领域的技术优势，将为相关领域技术升级提供新的解决方案。
未来，在生物学领域，它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，它有望融入流水线，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。它还有望在容器内堆叠不同功能的材料，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。
本项目受国家自然科学基金委、北京市科委、北京市自然科学基金委、新基石科学基金会等项目的资助支持。清华大学自动化系成像与智能技术实验室的戴琼海院士、吴嘉敏副教授和电子系方璐教授为共同通讯作者；自动化系博士后王旭康、马远瞩，电子系博士生牛一涵为共同一作。
