乌兰察布PVC管道管件粘接胶 “反向设计光场”让3D印进入亚秒时代 | 前沿动态

原文发表于 《科技报》2026年4期科技新闻-前沿动态

“反向设计光场”让3D印进入亚秒时代

系统设计流程（图片来源：Nature）乌兰察布PVC管道管件粘接胶

3D印技术的能突破关乎生物医学、微纳科技、制造等前沿域发展。清华大学戴琼海团队通过种创新的光学操控案，0.6 s即可完成毫米尺寸复杂物体的分辨率三维印，刷新了3D印速度的纪录。2026年2月12日，相关研究成果发表于Nature。

3D印应用广泛，但直存在“速度和精度”的烦恼。传统逐点、逐层三维印技术虽能保障精度，但印率较低，毫米物体往往需要数十分钟甚至数小时才能完成加工。此外，层间界面还可能影响结构强度与光学均匀。

近年来兴起的“体积印”（volumetric printing）尝试绕开逐层限制。其思路是：通过多角度光场投射，在光敏材料内部累积能量，当能量阈值达到时，目标结构在整个体积中同时固化。理论上，这种式可以在短时间内完成复杂结构制造。然而，体积印面临个关键难题——如何精确设计光场？

在传统光学成像中，物体经过光学系统后形成图像，这是个“正向传播”过程；而在三维印中，问题被反转——研究者已知目标三维结构乌兰察布PVC管道管件粘接胶，需要反出组光场分布，使材料在特定体素区域固化。

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为解决这问题，研究团队构建了精度的光传播模型，并引入自适应光学校准、像差矫正法与全息法，对光场进行多维调制与编码设计，使光能在空间中精确叠加。简单来说，他们不是“照亮个形状”，而是设计束会在材料内部自行拼接成目标结构的光。该法将同参数条件的景从传统的50 μm拓展至1 cm。经实验验证，系统的光学分辨率在1 cm范围内始终保持11 μm，印产物细立特征可达12 μm。团队提出用速旋转的“潜望镜”把投影向绕着静止容器扫过，泡沫板橡塑板专用胶从而在几百毫秒内完成多视角照明的剂量累积，曝光时间可达0.6 s，并报道体积印速率 333 mm³/s（约 1.25×108体素/s）。

这项技术的另优势是其对印容器的要求为简便，仅需容器具备个光学平面，印中容器保持静止即可，需进行精度相对运动。这大拓展了印场景，特别是可直接在普通流体管道内放置印材料，实现流体环境中的批量、连续印。

研究团队介绍，作为多学科交叉研究成果，该技术将在生物学域用生物相容材料印模拟管的螺旋管、分叉管，甚至在培养皿、生物组织上“原位印”，为组织工程、通量药物筛选开新通道；在工程制造域，它有望融入流水线，批量生产光子计器件、手机相机模组等微型组件，印带有锐角度、复杂曲面的件等。它还有望在容器内堆叠不同的材料，实现“多材料印”，从而拓展到柔电子、微型机器人、分辨率组织模型等场景。

（综：清华大学官网、新华网、《光明日报》）

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