編者：中噴網(wǎng) 墨宸

北京時(shí)間2月12日凌晨，國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）在線發(fā)表了一項(xiàng)來自中國的重大科技成果——由中國工程院院士戴瓊海教授帶領(lǐng)的清華大學(xué)成像與智能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)，研發(fā)出“數(shù)字非相干合成全息光場(chǎng)（DISH）”3D打印技術(shù)，僅需0.6秒即可完成毫米尺寸復(fù)雜物體的高分辨率三維打印，不僅刷新目前已知的3D打印速度新紀(jì)錄，更一舉破解了行業(yè)長期存在的“速度與精度”兩難困境，為生物醫(yī)學(xué)、微納科技、先進(jìn)制造等前沿領(lǐng)域的技術(shù)升級(jí)開辟了新路徑。

戴瓊海院士（左三）團(tuán)隊(duì)

作為科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)的重要工具，3D打印技術(shù)的高性能突破一直備受關(guān)注，但長期以來，“速度和精度”的矛盾始終制約著其發(fā)展。傳統(tǒng)3D打印多采用逐點(diǎn)或逐層掃描模式，打印材料與探頭間的精密機(jī)械運(yùn)動(dòng)雖能保障精度，卻導(dǎo)致效率極低——毫米級(jí)物體的高分辨率打印往往需要幾十分鐘甚至幾個(gè)小時(shí)才能完成，難以滿足科研與生產(chǎn)中的高效需求。即便現(xiàn)有高速3D打印技術(shù)（如計(jì)算軸向光刻CAL）采用一體成型方式提升了速度，也存在明顯局限：不僅要求容器旋轉(zhuǎn)，還受景深不足影響，離焦區(qū)域精度顯著衰減，且只能使用高黏度材料防止樣品下沉，適用范圍大打折扣。此外，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)容器結(jié)構(gòu)的特殊要求，也進(jìn)一步限制了其應(yīng)用場(chǎng)景的拓展。

突破的關(guān)鍵，源于團(tuán)隊(duì)對(duì)計(jì)算光學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新性應(yīng)用?；谠谟?jì)算光學(xué)領(lǐng)域的長期深耕，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)原本用于“捕捉光場(chǎng)信息”（如成像觀測(cè)）的技術(shù)，可反向應(yīng)用于“利用光場(chǎng)構(gòu)建物體”，通過成像光路的逆過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)從信息獲取到實(shí)體制造的技術(shù)跨越。歷經(jīng)5年不懈攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)先后攻克多視角光場(chǎng)的高速調(diào)控、拓展景深的全息圖案優(yōu)化算法設(shè)計(jì)、基于數(shù)字自適應(yīng)光學(xué)的高精度光路矯正等一系列核心難題，最終成功研發(fā)出DISH 3D打印技術(shù)，徹底改寫了傳統(tǒng)3D打印的底層邏輯。

打印過程實(shí)拍，不到一秒即可完成毫米尺寸物體打印

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見證著這項(xiàng)技術(shù)的顛覆性突破：其生成毫米尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工時(shí)間僅需0.6秒，打印速率可達(dá)每秒333立方毫米，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)體積3D打印技術(shù)30秒的曝光水平，被團(tuán)隊(duì)成員吳嘉敏副教授明確稱為“目前已知3D打印的最高速率”。在精度方面，該技術(shù)同樣表現(xiàn)突出，最細(xì)可打印12微米尺寸的結(jié)構(gòu)，更通過自適應(yīng)光學(xué)校準(zhǔn)、像差矯正算法與全息算法的深度融合，將同參數(shù)條件下的景深從傳統(tǒng)的50微米拓展至1厘米，且在1厘米范圍內(nèi)，系統(tǒng)光學(xué)分辨率始終保持11微米，從根本上解決了傳統(tǒng)技術(shù)“焦面附近精度高、離焦區(qū)域精度衰減”的痛點(diǎn)。

除了速度與精度的雙重突破，DISH技術(shù)還具備多項(xiàng)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，大幅拓展了3D打印的應(yīng)用邊界。其一，材料兼容性極強(qiáng)——由于曝光時(shí)間極短，大幅削弱了材料流動(dòng)對(duì)成型質(zhì)量的影響，從近水黏度的稀溶液到高黏度樹脂，各類材料均可兼容，打破了傳統(tǒng)高速3D打印對(duì)材料粘度的限制。其二，容器要求極為簡便，僅需容器具備一個(gè)光學(xué)平面，打印過程中容器保持靜止即可，無需高精度相對(duì)運(yùn)動(dòng)，大幅降低了設(shè)備成本與操作難度。尤為值得關(guān)注的是，該技術(shù)可直接在普通流體管道內(nèi)放置打印材料，實(shí)現(xiàn)流體環(huán)境中的批量、連續(xù)打印，這是傳統(tǒng)體積3D打印技術(shù)無法完成的突破。

管道內(nèi)全自動(dòng)超快連續(xù)三維打印，每次均可打印不同的三維形狀

“DISH技術(shù)為相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)升級(jí)提供了新的解決方案。”戴瓊海院士表示，這項(xiàng)整合了光學(xué)工程、控制理論、計(jì)算機(jī)算法、材料科學(xué)等領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)的多學(xué)科交叉成果，應(yīng)用前景十分廣闊。在工程制造領(lǐng)域，它有望融入流水線，批量生產(chǎn)光子計(jì)算器件、手機(jī)相機(jī)模組等微型組件，還能精準(zhǔn)打印帶有尖銳角度、復(fù)雜曲面的精密零件，助力高端制造提質(zhì)增效；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可利用生物相容性材料打印模擬血管的螺旋管、分叉管，甚至能在培養(yǎng)皿、生物組織上實(shí)現(xiàn)“原位打印”，為組織工程、高通量藥物篩選打開新通道。未來，該技術(shù)還有望實(shí)現(xiàn)“多材料打印”，進(jìn)一步拓展至柔性電子、微型機(jī)器人、高分辨率組織模型等更復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，為我國在前沿制造領(lǐng)域搶占國際先機(jī)提供有力支撐。

此次成果的發(fā)表，不僅彰顯了我國在3D打印領(lǐng)域的自主創(chuàng)新實(shí)力，更標(biāo)志著我國在計(jì)算光學(xué)與增材制造的交叉領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。隨著DISH技術(shù)的進(jìn)一步完善與產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，將持續(xù)推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)變革，為我國先進(jìn)制造高質(zhì)量發(fā)展注入新動(dòng)能。

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