体积式增材制造（volumetric additive manufacturing）已成为柔性制造复杂三维结构的一项前沿技术，在工程制造、光子学以及生物医学等领域展现出广阔应用前景。
然而，现有技术仍然面临分辨率与体积构建速率之间的权衡难题，限制了高分辨率三维结构的高效、灵活制备。
在此，来自清华大学的方璐、吴嘉敏以及戴琼海等研究者提出了一种名为“数字非相干全息光场合成”（digital incoherent synthesis of holographic light fields，DISH）的方法。相关论文以题为“Sub-second volumetric 3D printing by synthesis of holographic light fields”于2026年02月11日发表在Nature上。
复杂三维结构的精准、高效制造在结构力学、光子学、制药工程、组织工程和药物筛选等多个领域日益重要。传统方法如模塑和相分离虽适用于规模化生产，但在结构调整或个性化定制时成本高、周期长。
立体光刻（SLA）、数字光处理（DLP）和双光子聚合等 3D 打印技术虽具备高精度与高度设计自由度，但在生产效率方面仍难以满足大规模制造需求。
为提升生产速率并减少分层效应，研究者提出了多种改进策略。例如，连续液界面生产（CLIP）利用氧气抑制机制避免逐层往复运动，并结合连续辊轴实现批量制造，但本质上仍为分层打印；Xolography 通过移动光片在静止树脂中实现体积成形，虽通过流体控制系统实现连续生产，但其双光子引发剂需要时间恢复，限制了体积构建速率。
为突破这一瓶颈，体积式 3D 打印技术——以计算轴向光刻（computed axial lithography, CAL）为代表——通过多角度光场投影生成受控三维光强分布，实现整体体积同时固化。
然而，由于投影角度不足会在频域产生“缺失锥”问题（类似计算机断层扫描），从而严重降低空间分辨率，现有 CAL 技术通常需要样品进行 360° 旋转以实现高精度层析重建。但样品旋转不利于原位打印，并需限制转速以避免机械振动对分辨率和系统对准的影响。
此外，毫米尺度结构打印通常需要几十秒，高黏度材料以防止样品下沉，这限制了其与流体控制系统集成以进一步提高效率的可能性。若进一步采用高数值孔径（NA）物镜提高分辨率，光衍射效应将成为新的显著挑战，使在大景深范围内维持高精度调制变得困难。
因此，实现毫米尺度结构的高速、高通量、高分辨率连续制造，仍是一项系统性挑战。
针对上述问题，研究者提出了“数字非相干全息光场合成”（digital incoherent synthesis of holographic light fields，DISH）方法，实现毫米尺度结构在1 秒内的高速、高分辨率体积打印，创下“毫米尺寸复杂结构曝光时间0.6秒”的新纪录！
该方法无需旋转样品，而是设计了配备长工作距离、数值孔径为 0.055 的物镜的高速旋转潜望镜系统，转速最高可达 10 转/秒，实现高分辨率、精确控制的多角度光场投影。
尽管部分相干或非相干光具有浅景深特性，研究者采用相干激光光源结合数字微镜器件（DMD），以高达 17,000 Hz 的频率快速生成优化光场图案，从而在无需机械移动焦平面的情况下，在远离物镜本征焦平面处实现高分辨率调制。
由于 DMD 无法直接调制光场相位，研究者构建了基于波动光学传播模型与定制损失函数的迭代优化算法，实现全息光场的高保真三维调控，相较传统算法显著提升调制精度。
随着旋转速度与分辨率的显著提高，DISH 对系统误差（如光学失准、像差和衰减）更加敏感。为此，研究者开发了基于自适应光学的快速校准方法，在 1 cm 深度范围内实现 11 µm 的均匀光学分辨率，成功打印出最小 12 µm 的正结构特征，并保持 19 µm 的稳定打印分辨率。
研究者验证了不同黏度材料与 DISH 技术的良好兼容性。结合其高效率与高精度优势，将 DISH 与流体通道系统集成，实现了低黏度材料中复杂多样三维结构的连续灵活制造。
该技术有望在高通量生物打印、药物筛选、微型机械以及微型光子器件等领域开辟新的应用前景。
图1 DISH的原理和说明。
图2 投影模式从粗到精的全息优化算法的说明和评价。
图3 DISH的实验校准。
图4 DISH打印分辨率的实验表征。
图5 用带有流体通道的DISH连续3D打印不同结构。
综上所述，本文提出体积式3D打印方法DISH，可在0.6 s内连续制备毫米尺度高分辨率结构，实现1 cm范围内约19 μm均匀打印精度。
该方法体积打印速率达333 mm³ s⁻¹，体素速率1.25×10⁸ voxels s⁻¹，在速度与分辨率间取得突破。通过高速旋转潜望镜、DMD优化全息算法及自适应光学校准，显著提升系统稳定性与成像一致性。
当前最小独立结构达12 μm，整体分辨率约19 μm。未来结合更高功率激光、GPU加速与神经网络算法，有望进一步提升效率与精度。
DISH还可与流体系统集成，实现低黏度材料中连续批量制造，在生物打印、药物筛选与微型光子器件等领域展现广阔应用前景。
Wang, X., Ma, Y., Niu, Y. et al. Sub-second volumetric 3D printing by synthesis of holographic light fields. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10114-5
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10114-5
