清華大學最新Nature：戴瓊海院士領銜，全員中文屬名，在3D打印領域取得新突破

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

體積增材制造技術，已成為一種能夠靈活生產復雜結構的前沿技術，在工程學、光子學和生物學領域具有廣泛應用前景。然而，現有技術仍面臨分辨率與成型效率之間的平衡難題，制約了高分辨率三維（3D）結構的高效靈活制造。

2026 年 2 月 11 日，清華大學戴瓊海院士、吳嘉敏副教授、方璐教授作為共同通訊作者（王旭康、馬遠矚、牛一涵為共同第一作者），在國際頂尖學術期刊Nature上發表了題為：Sub-second volumetric 3D printing by synthesis of holographic light fields 的研究論文。

該研究提出了一種名為“數字非相干全息光場合成”（digital incoherent synthesis of holographic light fields，簡稱為DISH）的創新方法，通過高速旋轉潛望鏡實現連續多角度投影，無需旋轉樣品即可生成高分辨率 3D 光場分布，從而實現在 0.6 秒內完成毫米級物體的高分辨率原位 3D 打印，通過與流體通道集成，還實現了在低粘度材料中連續、批量地生產復雜3D結構。

DISH 技術成功打破了體積增材制造領域的關鍵瓶頸，為實現高效、高精度、可批量化的 3D 打印開辟了新道路，在需要快速定制復雜構件的領域（例如生物醫學、微納光學、微型機器人等）具有極其廣闊的應用前景。

精準高效地制造復雜三維（3D）結構在結構力學、光子學、制藥學、組織工程和藥物篩選等多個領域日益重要。傳統方法如模塑成型和相分離雖適合大規模生產，但在修改結構時成本高、耗時長。立體光刻、數字光處理與雙光子聚合等3D 打印技術能高精度靈活制造復雜三維結構，但其生產效率遠不能滿足大規模制造需求。

目前行業正著力提升制造速率并減弱分層效應。連續液界面生產技術通過氧抑制機制避免連續打印層的往復運動，并采用連續卷材實現批量生產，但其工藝本質仍是逐層打印。交叉光刻體積打印（Xolography）作為立體增材制造技術，通過使光片在靜止樹脂中移動實現成型。盡管最新通過流體控制系統實現了連續生產改進，但雙色光引發劑需要一定復位時間，這限制了其體積構建速率。

針對上述問題，以計算軸向光刻（computed axial lithography，CAL）為代表的體積 3D 打印技術應運而生。該技術通過多角度光場投射生成受控三維光分布，實現對整個打印體積的同步成型。由于投影角度數量不足會因頻域缺失錐效應（類似計算機斷層掃描）嚴重降低空間分辨率，現有 CAL 技術需通過樣本 360° 旋轉實現高精度斷層重建。但樣本旋轉要求使得原位打印難以實現，同時需限制轉速以避免機械振動影響打印精度和系統對準。

在此情況下，毫米級物體通常需要數十秒打印時間，必須采用高粘度打印墨水防止樣本沉降，這限制了通過流體控制進一步提升打印效率的可能性。此外，當嘗試采用高數值孔徑（NA）物鏡提升打印分辨率時，原本可忽略的光衍射效應會凸顯為大景深范圍內維持高精度調制的主要挑戰。因此，實現毫米級物體高速、高通量、高分辨率的連續制造仍是系統性難題。

在這項最新研究中，研究團隊提出了一種名為“數字非相干全息光場合成”（digital incoherent synthesis of holographic light fields，簡稱為DISH）的創新方法，通過高速旋轉潛望鏡實現連續多角度投影，無需旋轉樣品即可生成高分辨率 3D 光場分布。

DISH 的原理及示例

DISH 技術通過多角度全息圖的迭代優化，在 1 厘米范圍內實現 19 微米的打印精度（遠超物鏡景深限制），并能在 0.6 秒內完成毫米級物體的高分辨率原位 3D 打印。

研究團隊采用多種粘度的丙烯酸酯材料，驗證了 DISH 技術的廣泛兼容性。通過將 DISH 系統與流體通道集成，成功在低粘度材料中實現復雜 3D 結構的批量生產，展現了該技術在多領域的應用潛力。

總的來說，這項技術突破了傳統光固化技術的局限性，為高效制備高精度 3D 結構提供了全新解決方案。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10114-5