发布日期：2026-02-13 00:28    点击次数：158

3D 打印从运行到完成需要多久？开云体育

以毫米级物体为例，逐点和逐层打印需要长达数分钟到数小时的时候进行加工，典型的体积 3D 打印也需要数十秒曝光时候。

当今一切发生了神奇的变化：科学家们发明了一种新时间，它让 3D 打印像影相闪光灯那样“咔嚓”一下，眨眼的功夫就完成了。而况，通盘打印过程中材料和容器齐是静止的，而不是像传统 3D 打印那样容器与探头之间需要相对洞开。

动图 | 一秒以内完成的三维打印（着手：Nature）

那么，它是怎样作念到的？

这项运筹帷幄来自清华大学戴琼海院士、吴嘉敏副考验和方璐考验团队，他们缔造了一种全息光场数字合成的体积 3D 打印时间——数字非关联全息光场面成（DISH，digital incoherent synthesis of holographic light fields）。

值得关怀的是，该运筹帷幄是体积 3D 打印规模初度毫米（mm）结构门径上，同期杀青了亚秒级速率和十微米级分袂率。

以生成体积约 200 mm³ 的样品为例，据测算，DISH 时间的 3D 打印曝光时候仅 0.6 秒（s），体积打印速率为 333 mm³/s，特别于每秒生成上亿（1.25×10⁸）个体素（注：体素指的是三维空间中的体积像素）。而况，在 1 厘米范围内保握 11 微米的投影分袂率和 19 微米的打印分袂率。

这项时间为高速、个性化地 3D 打印轻飘精密的结构提供了一种全新决策，例如东说念主造血管、袖珍光学镜片、定制化药物筛选模子等。审稿东说念主觉得该运筹帷幄是体积增材制造规模的一项枢纽推崇，并称其是“迄今为止报说念的最快体积 3D 打印时候”。

关联论文以《基于全息光场面成的亚秒级体积三维打印》（Sub-second Volumetric 3D Printing by Synthesis of Holographic Light Fields）为题发表在 Nature[1]。清华大学成像与智能时间本质室的戴琼海院士、吴嘉敏副考验和电子系方璐考验担任共同通信作家，博士后王旭康、博士后马高见和博士生牛一涵是共归拢作。

图丨关联论文（着手：Nature）

从“看见”三维到“造出”三维：把成像进程透顶反过来

清华大学成像与智能时间本质室永久深耕于野心光学规模，十余年来在显微成像、天文成像、光野心等多个标的赢得了卓绝扫尾与无为应用。

显微成像光路的基本操作进程是：从生物样本拍到多角度投影图，再通过光场三维重建算法，临了得到野心计上的三维模子。而这项运筹帷幄发源于运筹帷幄东说念主员的反向念念维：若是将光路操作的旧例进程反过来操作会何如？

也即是说，先有三维模子，然后通过算法将其改革成多视角投影，临了在容器中投影出高维光场，创造三维实体。

“咱们其时初步接头出这个见地的时候相配抖擞，若是能通过材料或其他化学反应反应三维光分散，那就很有可能欺诈光场构建物体。”王旭康对 DeepTech 暗示。

图丨王旭康（着手：王旭康）

“一闪即印”的要道：平直三维光场投影

潮新闻记者注意到，从1月12日晚上8点左右开始，就有湖南怀化网友陆续开始在网上吐槽空气臭的问题，这些网友分散在怀化主城区不同区域，但均表示受到空气中臭味的影响。有网友称闻着像农药味，有的网友则表示像臭鸡蛋味。

3D 打印规模存在着一个自然的矛盾，若是精度高，速率经常相对较慢，例如双光子微纳加工；若是追求速率，打印出来的物品经常很毛糙，比如建筑类 3D 打印。

这是因为传统 3D 打印方法礼聘的是逐点或逐层相貌，其按序投影出来的是一个点（零维）或一个面（二维），然后再合营机械移动完成三维打印。其打印时候一般取决于线扫描、层扫描速率和材料填充的速率，总加工时候经常在几分钟到几小时。

2019 年在 Science 发表的规模内首篇对于体积三维打印论文 [2] 中，光束从侧面射入一个旋转洞开的圆柱态状器，杀青了相似 CT 的投影时势（用垂直于旋转轴的多视角成像收复三维模子），将总曝光时候捏造到了 30 秒足下。

而清华的这项运筹帷幄最大的翻新在于，运筹帷幄团队想象了高速旋转的潜望镜系统，平直在静止容器内投出高精度三维光场，不仅将总曝光时候捏造到了 1 秒以内，还幸免了因容器洞开激励的机械振动以及材料流动问题。

“咱们提倡了一种全新的、平直三维投影的相貌，特别于跳过了通盘材料关联的机械扫描要领，通盘容器是静止不动的。”马高见告诉 DeepTech。

图丨系统想象图（着手：Nature）

在精度优化方面，为冲破“高分袂率难以大景深”的物理端正，运筹帷幄团队基于在野心光学方面多年的时间蕴蓄，通过数字自恰当光学方法，先把投影校准精度提高到 2 个投影像素，然后将光路中的像差建模并矫正，临了用全息算法对景深进行拓展。这种拓展景深的全息光场时间，为快速打印上亿级体素奠定了枢纽基础。

运筹帷幄东说念主员搭建的高速旋转的潜望镜系统专为高速打印想象，能以 10 转/秒的速率，开云sports投射由数字微镜器件（DMD，Digital Micromirror Device）调制的高分袂率图案光束。

DMD 能以逾越 17，000 赫兹的频率快速切换图案，在 0.06 秒内投影 1，000 帧，相配符合高速打印场景。然则，DMD 只可原生投射出二值图案（注：仅含亮和暗两种像素气象，无灰度渐变），对算法提倡了更高的要求。

王旭康例如说说念：“因为 DMD 只可投影二值图案，且系统不同期刻投影出的光束之间短缺关联性，咱们不可将灰度图像平直用 DMD 投影出来。沟通到 DMD 这一硬件方面的不及，咱们想象了一套优化算法大致拟合灰度的光强分散，通过处置二值全息问题杀青了相对梦想的投影效果。”

基于这些探索，该系统将景深拓展到 1 厘米，远超同要求下传统物镜景深 50 微米范围。而况，在通盘 1 厘米范围内，光学分袂率踏实保握在平均 11 微米的水平，打印产品最细寂寥特征达 12 微米。

除此除外，传统的体积三维打印时间经常需要相配闹热的材料，原因在于：一方面可约束打印过程中的样本下千里，另一方面大致靡烂容器在旋转时因惯性发生的材料流动，从而幸免样本变形和投影错位。

DISH 时间超短曝光时候带来的显耀变化是，在曝光固化时间，唯一光束在高速移动，而容器和材料无需移动，是以显耀缩小了材料流动的影响。

因此，该系统可兼容多种粘度的材料，从与水粘度接近的稀溶液到接近固态的高粘度树脂等，再到包括多种生物水凝胶和弹性体在内的光固化材料，以恰当流控系统或其他应用场景。

马高见指出，“此前传统体积打印为处置大地重力带来的材料流动问题，科研东说念主员甚而尝试在天际微重力环境下开展打印运筹帷幄。咱们时间的特异化上风之一在于，基于超短曝光时候的上风，让光固化化学反应先于材料重力流动完成。”

或创造微精密打印更多可能

同期炫耀了速率、精度和材料恰当性这三个永久互相制约的要素，就像解锁了体积 3D 打印的应用规模，这让更多应用成为了可能。

在现存时间中，工业开模具符合宽阔量制造，但其只可同批制造调换结构；双光子不错作念得很精、很小，但速率方面具有局限性。与现存时间不同的是，这项时间为运筹帷幄规模或工业测试中，快速、相连、定制化打印多样轻飘精密的结构提供了一种新方法。

动图丨管说念内全自动超快相连三维打印，每次均可打印不同的三维局面（着手：Nature）

该时间可用生物相容性材料打印生物本质载体，例如模拟血管的螺旋管、分叉管，不错在培养皿、生物组织上原位打印；还有望在袖珍载体中精确编排多种药物及浓度梯度，一次性制备数千个浓度相连变化的细胞培养载体，从而杀青快速、高通量的药物筛选。

在工程制造规模，该时间有望通过活水线相貌批量坐褥光子野心器件、手机相机模组等袖珍组件、带有罪恶角度和复杂曲面的零件等。

王旭康指出，“咱们的决策不错让待打印材料平直流到管说念内，然后算出需要投影的图案，从而立即针对见地局面进行快速、批量地进行定制化打印结构。”

该时间通过流体管说念加工，有望制造传统打印中难以杀青的多层悬空嵌套等，并有可能进一步将应用场景拓展至柔性电子、袖珍机器东说念主、高分袂率组织模子等规模。

图丨复杂结构打印产品展示（着手：Nature）

在后续的运筹帷幄中，运筹帷幄团队但愿通过性能方面握续进步和方法优化，让该方法尽早在本色场景中应用。他们贪图改进投影念念路，通过投出多束光甚而不同神志的光束，来杀青对复杂材料的精确控制。此外，针对多材料打印或平直在已有结构上作念修饰依赖及时三维监控时间，刻下运筹帷幄东说念主员正在对及时监视系统握续优化中。

总体而言，亚秒级体积 3D 打印的意旨并不仅体当今速率和分袂率。它意味着，3D 制造正在从依赖高精度机械扫描的过程，转向由光场平直界说结构的相貌。

参考尊府：

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

运营/排版：何晨龙开云体育

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