张大妈

清华大学最新Nature:戴琼海院士领衔,全员中文属名,在3D打印领域取得新突破

源自公众号:生物世界

02-13 08:30

3D打印长期面临速度与精度的矛盾。清华大学团队提出名为DISH的创新技术,通过旋转潜望镜合成光场,实现了0.6秒内完成毫米级物体的高精度打印。这项突破性进展为高效、批量化制造复杂三维结构开辟了新可能,在生物医学等领域前景广阔。

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  • 清华大学团队提出DISH技术,解决3D打印速度与精度矛盾。

  • 该技术通过旋转潜望镜,无需旋转样品即可生成高分辨率3D光场。

  • 实现了0.6秒内打印毫米级物体,精度达19微米。

  • 可与流体通道集成,实现低粘度材料中的连续批量生产。

  • 该技术有望应用于生物医学、微纳光学及微型机器人等领域。

清华大学最新Nature:戴琼海院士领衔,全员中文属名,在3D打印领域取得新突破精华内容

传统3D打印技术在效率与精度之间难以兼顾,而清华大学的这项研究,通过一种全新的光学思路,从根本上打破了这一技术瓶颈。

现有技术瓶颈

现有的体积3D打印技术,如计算轴向光刻(CAL),虽能同步成型整个体积,但为避免因频域缺失导致分辨率下降,必须通过360°旋转样本实现高精度重建。

这种样本旋转机制限制了打印速度,易受机械振动干扰,并且需要使用高粘度墨水防止样本沉降,这都阻碍了高通量、连续制造的实现。其他技术如连续液界面生产本质仍是逐层打印,而Xolography则受限于双色光引发剂的复位时间。

DISH技术原理

为突破上述限制,研究团队提出“数字非相干全息光场合成”(DISH)方法。其核心是利用高速旋转的潜望镜系统,从连续多角度将预计算的全息图投影到静止的树脂中。

通过这种方式,系统可以在不旋转样品的情况下,快速合成出高分辨率的三维光场分布,从根本上解决了样本旋转带来的速度与精度限制问题。

性能实测数据

实验结果表明,DISH技术在1厘米的打印范围内,实现了19微米的高打印精度,这一表现远超物镜景深的理论限制。

更重要的是,该技术能在惊人的0.6秒内,完成一个毫米级物体的原位高分辨率3D打印。研究团队还验证了该技术对不同粘度丙烯酸酯材料的广泛兼容性。

连续批量生产

DISH技术的另一大优势是其易于集成的特性。通过将DISH系统与流体通道相结合,研究团队成功在低粘度材料中实现了复杂3D结构的连续、批量化生产。

这一能力极大地拓展了其应用场景,为需要快速定制和大规模生产复杂构件的领域,如生物医学中的组织工程、微纳光学元件以及微型机器人的制造,提供了全新的解决方案。

DISH技术不仅是速度上的飞跃,更是对3D打印制造范式的革新。它解决了长期困扰行业的核心矛盾,为复杂结构的快速定制化生产提供了强大工具。未来,这项技术将如何重塑生物制造和微纳加工等领域?

内容由AI生成
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