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突破极限！全息技术让3D打印实现“秒级”高精度加工 | OE NEWS

光电汇OESHOW

2025-06-16

科学家们利用全息投影在基于光的3D打印技术中实现了前所未有的分辨率。

近日，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）与南丹麦大学（SDU）联合团队在 Nature Communications发表突破性研究，通过全息投影技术革新体积增材制造（TVAM），实现了分辨率与能效的跨越式提升。该技术有望为生物医学领域复杂组织模型的快速制造开辟全新路径。

该方法允许在几秒钟内制造毫米级物体。图片来源：© LAPD EPFL

传统瓶颈：速度与能效的失衡

传统3D打印技术采用逐层构建的方式制造物体，过程耗时较长。与之相比，TVAM技术另辟蹊径，利用激光照射旋转的树脂瓶，当特定点累积能量超过阈值时，树脂固化成型，能在短短几秒内制造出物体，极大提升了制造速度。然而，TVAM技术存在明显短板，其能量利用率仅约1%，投射光中绝大部分未能有效用于物体成型，成为限制该技术广泛应用的关键因素。传统TVAM技术依赖对光波振幅的调控来编码信息，在精度与效率方面难以实现突破。

全息相位控制：双效提升的核心突破

为攻克这一难题，由Christophe Moser教授领导的EPFL应用光子器件实验室和Jesper Glückstad教授领导的SDU光子工程中心的研究人员，开发出一种全新的3D打印方法。

该方法不再将信息编码于投射光波的振幅（高度），而是将所需形状的三维全息图投射到旋转的树脂瓶上，巧妙利用光波的相位（位置）信息，成功打破传统技术瓶颈，显著提升了打印精度。

Moser教授指出：“新方法中，所有像素输入共同作用于各平面的全息图像构建，不仅大幅提高了光效率，而且对投影图案在投影深度方向实现了精准控制，从而使最终3D物体具备更出色的空间分辨率。”

在实际实验中，研究团队成功在60秒内，以极高精度打印出微型船、球体、圆柱体及复杂艺术品等3D物体，并且所使用的光功率仅为以往研究的二十五分之一，充分展示了新方法在提升分辨率与降低能耗方面的卓越性能。

应用优势：生物制造的理想平台

全息图是使用一种称为HoloTile的技术生成的，该技术由Glückstad教授发明。

HoloTile技术通过叠加多个全息影像，并有效消除散斑噪声（一种随机光干扰，会导致图像出现颗粒状，影响成像质量），成功实现了高保真3D打印物体的制造。尽管此前已有全息体积增材制造的相关报道，但EPFL-SDU联合团队借助HoloTile技术，首次实现了如此高质量的3D打印成果。

EPFL的学生、该研究的主要作者Maria Isabel Alvarez - Castaño解释道，全息光束具备 “自我修复” 特性，在传播过程中，即使遇到小颗粒干扰，也能维持传播方向，不会偏离轨道。这一独特性质对于使用负载细胞的生物树脂和水凝胶进行3D打印至关重要，极大地拓展了该方法在生物医学领域的应用潜力。Alvarez-Castaño表示：“我们期望利用该技术构建复杂的三维生物结构，推动生物打印技术发展，例如制造与真实尺寸一致的组织或器官模型，为生物医学研究提供有力支持。”

展望未来，研究团队计划进一步挖掘该方法的潜力，目标是将效率再提高两倍。Moser教授透露，通过计算技术的优化升级，最终目标是实现仅通过将全息图投射到树脂上，无需旋转树脂即可完成物体制造。这将极大简化体积增材制造流程，为实现大批量、节能型制造工艺奠定坚实基础。此外，该方法可利用标准商用设备对全息图进行编码，显著提升了其实用性与推广价值。Moser 教授总结道：“TVAM技术与全息投影的结合，为下一代高效、精准、快速的体积增材制造系统奠定了基础，有望在生物医学、工业制造等多个领域引发变革。”

这项研究成果不仅是3D打印技术的重大突破，更为生物医学、微纳制造等领域的发展注入了新的活力，有望推动相关领域取得更多创新性成果，让我们共同期待全息投影技术在3D打印领域绽放更多光彩。