清华大学发明3种3D打印新技术，成果登上《科学》和《自然》

3D打印技术参考注意到，清华大学近年来已经在国际顶级期刊《science》和《nature》发表了多篇有关3D打印技术的研究，其中发明的新工艺就有三种。本期内容，我们就来回顾国内顶尖团队发明的这些新技术。

➡️半导体量子点3D打印技术

2022年，清华大学孙洪波院士与林琳涵副教授课题组，发明了一种名为“光激发诱导化学键合实现半导体量子点3D纳米打印”的新技术。该技术能够实现无聚合物、超高纯度、三维任意构型的量子点纳米级3D打印，为前沿光电子器件的发展提供了重要工艺基础。

该研究以“3D nanoprinting of semiconductor quantum dots by photoexcitation-induced chemical bonding”为题发表在Science。

为了让纳米尺度的量子点结合在一起创建出结构，传统上需要用到有机聚合物，这会导致最终产品的纯度和性能。这项研究完全抛弃了聚合物，利用激光激发量子点内部产生高能载流子，这些载流子会移动到量子点表面，剥离其保护配体，导致量子点之间可形成化学键，实现牢固结合。

这一全新的物理机制解决了多个传统制造中的痛点，实现了几乎100%的材料纯度、突破了极限打印的分辨率，并在大规模阵列化加工时保持优良的均一性，而且该技术还具有强大的三维与多材料加工能力。

报道指出，该研究开辟了纳米器件制备工艺的新途径，在光电器件集成、高性能近眼显示等领域具有重要的应用前景。

➡️无机纳米材料3D打印技术

2023年，清华大学化学系张昊副教授、李景虹院士与精仪系孙洪波院士、林琳涵副教授团队‌，发明了一种名为“3D Pin”的新技术，它的重要突破在于，不需要依赖聚合物，就能实现对多种无机纳米材料的高精度、高纯度、普适性直接3D打印。

这项成果以“3D printing of inorganic nanomaterials by photochemically bonding colloidal nanocrystals”为题发表在Science。

纳米级分辨率的无机材料3D打印为探索新兴功能器件提供了一种不同的材料加工途径。然而，现有技术通常需要使用光固化树脂，这会降低材料纯度并损害其性能。

清华团队找到了一种全新的化学机制来打印结构。所配制的墨水只用少量交联剂，在飞秒激光扫描下，就能触发纳米颗粒之间直接形成共价键，打印完之后通过温和的热退火或化学处理可将剩余的少量有机组分彻底去除，几乎不损害结构完整性。

该技术在打印无机材料时具有通用性，研究团队验证了十余种半导体、金属氧化物、金属及其混合物。这种无需树脂的键合过程，可以以纳米级分辨率3D打印出众多无机纳米材料及其混合物的复杂结构，且打印结构具有较高的无机物质量分数（~90%）和高机械强度。

这项研究可为构建微纳功能材料、光电集成器件、生物芯片等提供新的手段。

➡️ 计算全息光场3D打印技术

2026年，清华大学戴琼海院士所带领的成像与智能技术实验室研究团队，发明了一种“通过合成全息光场实现亚秒体积3D打印”的新技术，将传统体积3D打印的曝光速度提升了数十倍，毫米级尺寸的高分辨率复杂结构的3D打印仅需0.6秒，打破了制造速度、尺寸、精度不能兼得的限制，创下了该技术的世界纪录。

这项研究成果以“Sub-second volumetric 3D printing by synthesis of holographic light fields”为题发表在Nature。

传统的体积3D打印包括“交叉光刻”和“计算轴向光刻”等，虽已经大幅提高了3D打印的速度，要么材料受限，要么难以保证尺寸和精度。而清华大学推出的这一新技术，转换了体积3D打印的思路，变旋转树脂容器为旋转光场，将打印速度再度提升了几十倍、能够以更高精度打印更大尺寸的零件，且打印的材料更为多样。因此，该技术一次性同时解决了速度问题、材料选择问题以及制造精度问题。

这一技术的成功开发，是多学科交叉研究的成果。研究团队基于在计算光学的深耕实践，发现计算光学可操纵高纬全息光场构建三维实体，历时五年攻关，攻克了多视角光场的高速调控，拓展景深的全息图案优化算法设计等系列难题，最终创造出“数字非相干合成全息光场（DISH）3D打印技术”。

清华大学指出，该技术将为生物医学、柔性电子、微型机器人、微纳光学器件相关领域技术升级提供新的解决方案。

注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

欢迎转发

1.

2.

3.

4.