0.6秒可完成毫米尺寸物体打印!我国科学家在3D打印领域有新突破

[启明增材制造]近日，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研究团队提出一种名为“数字非相干合成全息光场”（Digital Incoherent Synthesis of Holographic light fields，DISH）的新型3D打印技术，成功在亚秒级时间内实现了毫米级物体的高分辨率三维打印，刷新了目前已知的3D打印速度新纪录。该成果于2026年2月12日凌晨在线发表于国际顶级期刊《自然》（Nature），论文题为《Sub-second volumetric 3D printing by synthesis of holographic light fields》。

3D打印技术虽已广泛应用于多个领域，但长期以来存在“速度与精度”的矛盾。传统逐层打印技术虽能保障打印精度，但打印效率较低，毫米级物体的高分辨率打印往往需要几十分钟甚至几个小时，难以满足科研与生产需求。新兴的体积打印技术如计算轴向光刻虽提升了速度，但需旋转样品进行断层扫描式重构，旋转操作不仅限制了打印速度，还易引发机械振动影响精度，并要求使用高粘度树脂。

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研究内容：创新光学设计与算法突破，实现亚秒级体积打印

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研究团队基于在计算光学领域的长期积累，发现计算光学可操纵高维全息光场构建三维实体。历经5年攻关，团队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等系列难题，最终创出DISH 3D打印技术。

打印过程实拍。来源：清华大学成像与智能技术实验室研究团队

该系统设计了一套独特的高速旋转潜望镜系统，替代传统的样品旋转过程，配合数字微镜器件（DMD），能以高达17,000 Hz的速度生成优化图案，并通过潜望镜以每秒10转的速度进行多角度光场投射。针对光学景深受限问题，团队利用相干激光源，开发了基于波光学的迭代算法，对二值投影图案进行全息优化，无需机械移动焦平面，即可在远离物镜原本焦面的区域实现高分辨率光场调制。此外，团队还引入了基于自适应光学的快速校准方法，消除了系统误差与折射影响。

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研究结果：刷新打印速率纪录，分辨率与材料兼容性显著提升

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实验表明，DISH技术生成毫米尺寸复杂结构的加工时间仅需0.6秒，最细可打印12微米尺寸结构，打印速率可达每秒333立方毫米。“这是目前已知3D打印的最高速率。”团队成员、吴嘉敏副教授表示。通过全息优化，系统在1厘米的深度范围内保持了约19微米的均匀打印分辨率，远超传统高数值孔径物镜的景深限制。

管道内全自动连续三维打印。来源：清华大学成像与智能技术实验室研究团队

该技术的另一优势在于对打印容器的要求极为简便，仅需容器具备一个光学平面，打印中容器保持静止即可，无需高精度相对运动。这极大拓展了打印场景，特别是可直接在普通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。由于无需旋转样品，DISH能够兼容包括低粘度水凝胶在内的多种材料。研究团队已将DISH系统与流体通道集成，成功打印了血管模型、微型晶格、甚至复杂的“西奥多里克”雕像等多样化三维结构。