清華大學戴瓊海院士團隊在三維打印領域取得重大突破,其研發的計算全息光場(DISH)技術成功攻克傳統打印技術的效率與精度瓶頸。相關研究成果已發表于國際頂級學術期刊《自然》,標志著我國在高端制造領域的技術創新邁入新階段。
傳統體積三維打印技術長期面臨兩難困境:逐點逐層打印雖能保證精度,但加工毫米級物體需數十分鐘;現有體積打印技術雖將速度提升至30秒,卻因景深限制和材料粘度要求導致精度大幅下降。戴瓊海團隊通過逆向應用計算光學原理,創造性地構建了高維光場調控系統,實現了三維實體的全息投影成型。
該技術的核心突破在于曝光速度的革命性提升。實驗數據顯示,其毫米級復雜結構打印時間僅需0.6秒,較傳統技術提速50倍。研究團隊通過優化光場調制算法,將打印景深從50微米擴展至1厘米,在1厘米景深范圍內保持11微米的光學分辨率,最小可打印特征尺寸達12微米,真正實現了速度與精度的同步躍升。
材料兼容性是另一重要創新點。DISH技術突破了傳統技術對低粘度材料的依賴,可處理從近水溶液到高粘度樹脂的廣泛材料體系。研究團隊開發的動態光路矯正系統,有效解決了高粘度材料在光場傳輸中的畸變問題,為生物醫學和工業制造提供了更多材料選擇。
在應用場景拓展方面,該技術展現出獨特優勢。其打印容器無需特殊結構設計,可直接集成于流體管道系統,實現微型組件的連續批量生產。這種非接觸式打印方式特別適用于生物組織工程,可在活體環境中進行原位打印,為復雜器官構建提供了新的技術路徑。
技術原理層面,研究團隊構建了基于計算全息的光場調控模型,通過編碼解碼算法實現光場的精確時空控制。該系統包含超過10萬個可控光調制單元,可實時計算并補償光學像差,確保打印過程中的光場穩定性。實驗驗證表明,該技術對復雜曲面的成型精度達到98.7%,較傳統技術提升近40%。
這項多學科交叉創新成果已引發國際學術界廣泛關注。專家指出,DISH技術不僅重新定義了三維打印的技術邊界,其基于光場調控的制造理念更可能催生新一代智能加工裝備。隨著材料體系和光場控制算法的持續優化,該技術在微納電子、生物醫療、精密儀器等領域的應用前景值得期待。











