三維打印技術
作為科學研究和工業生產的重要工具
其高效率、高精度的性能突破
關係到生物醫學、微納科技等
多個前沿領域的發展
但現有的三維打印方法
如逐點打印、逐層打印、體積打印
均存在較為突出的“速度和精度”的矛盾
清華大學戴瓊海院士團隊
歷經五年攻關，研發出
“計算全息光場（dish）”三維打印技術
將傳統體積三維打印曝光速度
提升數十倍
創下“毫米尺寸複雜結構曝光時間0.6秒”的新紀錄
該技術還可大幅提高體積三維打印的精度
未來，有望為相關領域技術升級
提供新的解決方案
相關研究成果於北京時間2月12日
以《基於全息光場合成的亞秒級體積三維打印》（透過合成全像光場進行亞秒體積3D列印）為題
在線發表於《自然》（nature）
改寫三維打印底層邏輯
傳統逐點、逐層三維打印技術雖能保障精度，但打印效率較低，毫米級物體往往需要數十分鐘甚至數小時才能完成加工，難以適配實際科研與生產的需求。
現有的體積打印技術，如計算軸向光刻（cal），採用一體成型的打印方式提升了速度，卻受限於容器需旋轉和景深不足等因素，樣本在景深外的打印精度顯著下降，且只能使用高黏度材料防止樣品下沉，適用範圍受到較大限制。
研究中，團隊發現計算光學不僅可用於“捕捉光場信息”（如成像觀測），還能反嚮應用於“利用光場構建物體”（如三維打印）。基於這一發現，團隊將計算光學技術拓展到增材製造領域，通過成像光路的逆過程設計系統，實現了從信息獲取到實體製造的技術跨越。
歷經五年攻關，團隊逐步攻克了多視角光場的高速調控、拓展景深的全息圖案優化算法設計、基於數字自適應光學的高精度光路矯正等一系列難題，最終研發出了“計算全息光場（dish）”三維打印技術。
dish技術的核心創新，正是“操縱高維光場構建三維實體”，改寫了傳統三維打印的底層邏輯。
實現多項技術突破
0.6秒——創下新紀錄
dish系統突破逐點、逐層掃描的速度瓶頸，能快速精準投影複雜三維的光強分布。實驗表明，該技術生成毫米尺寸複雜結構的曝光時間僅需0.6秒，創下曝光時間新紀錄，遠超傳統體積三維打印技術曝光的30秒水平。
相容更多印刷材料
在傳統體積三維打印技術中，樣本下沉引起材料流動，會嚴重影響成型質量，只能選用高黏度材料。而dish技術曝光時間極短，大幅削弱材料流動的影響，從近水黏度的稀溶液到高黏度樹脂，各類材料都能兼容。
拓展更多打印場景
dish技術的打印容器只需具備一個光學平面即可，無需特殊設計；打印時容器保持靜止，無需高精度的機械運動，大幅拓展了打印場景，尤其能直接在普通的流體管道內放置打印材料，實現流體環境中的批量、連續打印，這是傳統體積三維打印技術無法完成的。
大幅減少景深限制
傳統體積三維打印技術受限於景深不足，普遍存在“焦面附近精度高、離焦區域精度衰減”的問題，dish技術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，從根本上解決了這一難題——像素級校準系統可精準補償光場傳播中的像差與偏移，自主研發的像差校正和三維全息算法則將同參數條件的景深從傳統的50微米拓展至1厘米。經實驗驗證，系統的光學分辨率在1厘米範圍內始終保持11微米，打印產物最細獨立特徵可達12微米。
dish應用前景廣闊
作為多學科交叉研究成果，dish技術整合了光學工程、控制理論、計算機算法、材料科學等領域的技術優勢，將為相關領域技術升級提供新的解決方案。
未來，在生物學領域，它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；在工程製造領域，它有望融入流水線，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、複雜曲面的零件等。它還有望在容器內堆疊不同功能的材料，實現“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。
本項目受國家自然科學基金委、北京市科委、北京市自然科學基金委、新基石科學基金會等項目的資助支持。清華大學自動化系成像與智能技術實驗室的戴瓊海院士、吳嘉敏副教授和電子系方璐教授為共同通訊作者；自動化系博士後王旭康、馬遠矚，電子系博士生牛一涵為共同一作。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10114-5
來源：北京號
作者: 清華大學