清华颠覆3D打印技术!0.6秒成型毫米级精密结构,速度狂飙上亿体素(4)

2026-02-13 11:41  头条

研究人员搭建的高速旋转的潜望镜系统专为高速打印设计,能以 10 转/秒的速度,投射由数字微镜器件(DMD,Digital Micromirror Device)调制的高分辨率图案光束。

DMD 能以超过 17,000 赫兹的频率快速切换图案,在 0.06 秒内投影 1,000 帧,非常适合高速打印场景。但是,DMD 只能原生投射出二值图案(注:仅含亮和暗两种像素状态,无灰度渐变),对算法提出了更高的要求。

王旭康举例说道:"因为 DMD 只能投影二值图案,且系统不同时刻投影出的光束之间缺少相干性,我们不能将灰度图像直接用 DMD 投影出来。考虑到 DMD 这一硬件方面的不足,我们设计了一套优化算法能够拟合灰度的光强分布,通过解决二值全息问题实现了相对理想的投影效果。"

基于这些探索,该系统将景深拓展到 1 厘米,远超同条件下传统物镜景深 50 微米范围。并且,在整个 1 厘米范围内,光学分辨率稳定保持在平均 11 微米的水平,打印产物最细独立特征达 12 微米。

除此之外,传统的体积三维打印技术往往需要非常粘稠的材料,原因在于:一方面可抑制打印过程中的样本下沉,另一方面能够防止容器在旋转时因惯性发生的材料流动,从而避免样本变形和投影错位。

DISH 技术超短曝光时间带来的显著变化是,在曝光固化期间,只有光束在高速移动,而容器和材料无需移动,所以显著削弱了材料流动的影响。

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,以适应流控系统或其他应用场景。

(来源:Nature)

马远瞩指出,"此前传统体积打印为解决地面重力带来的材料流动问题,科研人员甚至尝试在太空微重力环境下开展打印研究。我们技术的特异化优势之一在于,基于超短曝光时间的优势,让光固化化学反应先于材料重力流动完成。"