Nature子刊：全息断层体积3D打印技术，光投射效率提高20倍

南极熊导读：传统 3D 打印机一般是通过沉积材料层来工作，而断层体积增材制造 (TVAM) 技术则需要用激光照射旋转的树脂槽，直到树脂变硬，此时累积的能量超过某个阈值。TVAM 的一个优点是它可以在几秒钟内生产出物体，而基于层叠加的 3D 打印则需要大约 10 分钟。然而，它也非常低效，因为只有大约 1% 的编码光到达树脂以产生所需的形状。

2025年2月15日，南极熊获悉，由 Christophe Moser 教授领导的 EPFL 应用光子器件实验室和由 Jesper Glückstad 教授领导的 SDU 光子工程中心的研究人员推出一种新的体积增材制造方法—HoloTile，凭借新技术能够高效率制造高保真的 3D 打印物体。

相关研究以题为“Holographic tomographicvolumetricadditive manufacturing”的论文发表在《自然通讯》杂志上。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56852-4

新的TVAM 方法可显著减少制造物体所需的能量，同时提高分辨率。技术原理是将形状的三维全息图投射到旋转的树脂瓶上，与传统的 TVAM（将信息编码在投射光波的振幅（高度）中）不同，全息方法利用了它们的相位或位置。

△全息体积增材制造的光学配置。

这一小小改变却带来大影响，Moser表示：“所有像素输入都有助于形成所有平面的全息图像，这为我们带来了更高的光效率以及最终 3D 物体的更好空间分辨率，因为投影的图案可以在投影深度中进行控制。”

在最近发表的研究中，研究团队在不到 60 秒的时间内以极高的精度打印出了复杂的 3D 物体，如微型船、球体、圆柱体和艺术品，而且使用的光功率比之前的研究少了 25 倍。

△使用 HoloVAM 的 3D 打印对象示例。

全息图是使用一种名为 HoloTile 的技术生成，由 Glückstad 教授发明。HoloTile 涉及叠加所需投影图案的多个全息图，并消除了称为散斑噪声的随机光干扰，否则会产生颗粒状图像。尽管之前已经报道过全息体积增材制造，但 EPFL-SDU 联合团队的方法是第一个产生这种高保真 3D 打印物体的方法，这在很大程度上要归功于 HoloTile 的使用。

EPFL 学生兼主要作者 MariaIsabel Alvarez-Castaño 解释说，全息方法的另一个独特之处在于，全息光束可以“自我修复”——这意味着它们可以穿过树脂传播，而不会被小颗粒抛离轨道。这种自我修复特性对于使用载有细胞的生物树脂和水凝胶进行 3D 打印至关重要——这使得该方法适用于生物医学应用。

Alvarez-Castaño 表示：“我们有兴趣利用我们的方法来构建生物结构的 3D 复杂形状，从而让我们能够进行生物打印，例如组织或器官的真人大小的模型。”

展望未来，研究团队的目标是将该方法的效率再提高一倍。Moser 表示，通过一些计算增强，最终目标是使用全息体积增材制造技术构建物体，只需将全息图投射到树脂上，而无需旋转它。这可以进一步简化体积增材制造，并增加大批量、节能制造工艺的潜力。可以使用标准商用设备对全息图进行编码这一事实增加了该方法的实用性。

Moser 表示：“TVAM 技术的全息添加为下一代高效、精确、快速的体积增材制造系统奠定了基础。”