编者：中喷网 墨宸
瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）应用光子器件实验室（LAPD）研究团队日前在《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）期刊发表最新成果，宣布开发出一种新型全息体积3D打印技术。该系统通过引入基于MEMS的相位光调制器，将光能利用效率较此前技术提升约70倍，可在数秒内完成毫米级结构打印，数分钟内完成厘米级物体制造，为生物医疗领域的快速原型制造与组织工程应用打开了全新大门。
与传统3D打印逐层堆叠的固化方式不同，这项技术建立在断层体积增材制造（Tomographic Volumetric Additive Manufacturing, TVAM）基础之上。其核心原理是将三维物体的全息信息编码进激光光束，通过照射旋转的光敏树脂容器，让整个三维结构一次性在体积内部"长出来"，从而彻底消除层纹、避免支撑结构，并大幅提升打印速度。此前，TVAM系统普遍依赖数字微镜器件（DMD）作为光调制器，但DMD本质上是二进制振幅调制，会阻挡或反射大部分入射激光能量，导致光学效率通常不足10%。
EPFL团队此次的关键突破在于首次将可直接控制光束相位的MEMS相位光调制器（Phase Light Modulator, PLM）引入体积3D打印系统。该器件由德州仪器开发，利用微米级活塞式反射镜的垂直位移精确调控光波波前，实现16级相位分辨率和1440赫兹的高帧率刷新。这种相位调制方式将绝对光学效率提升至约24%，相当于传统DMD方案的70倍，同时显著降低了散斑噪声等成像伪影。更重要的是，该系统仅需150毫瓦的低功率激光二极管即可驱动，不仅降低了硬件成本，也为生物相容性制造提供了更温和的能量环境。
生物介质对光线的散射一直是生物打印领域的技术瓶颈，会严重劣化打印精度。EPFL团队利用相位控制全息投影的特性，生成了具有"自愈"能力的贝塞尔光束（Bessel beams）。这种光束在穿透含活细胞的树脂等强散射介质时能够自我重建、维持聚焦，使得在细胞浸润环境中依然保持高分辨率打印成为可能。实验室负责人克里斯托夫·莫泽（Christophe Moser）表示："我们方法的效率和精度，终于使得在接近临床尺度上实现类组织结构的生物打印成为可能。尽管嵌入细胞增加了光散射，我们打印出的结构仍远大于此前全息方法所能实现的尺寸。"
在实验验证环节，研究团队使用明胶基树脂成功打印了一个与真人尺寸相当的人耳模型，展示了该技术在整形外科植入物领域的直接应用潜力。另一项关键测试中，团队在体积仅为64立方毫米的小型构建体内嵌入活细胞，六天后检测证实细胞依然保持活性，并且已经自发形成有序的细胞网络。这一结果意味着全息体积打印不仅能够制造复杂几何形状，还能在打印过程中维持细胞存活与功能，向功能性组织制造迈出了实质性一步。
论文第一作者、LAPD博士研究生玛丽亚·阿尔瓦雷斯-卡斯塔尼奥（Maria Alvarez-Castaño）指出："我们的方法以低功率激光源为基础，将体积打印向真实尺度的植入物和生物相容性制造又推进了一步。"研究团队透露，后续工作将聚焦于提升投影保真度，探索在高细胞密度生物树脂中的光束成形极限，以及开发直接在现有物体上或周围进行打印的能力。此外，团队还在推进静态全息打印方法的研发，未来有望彻底取消树脂容器的旋转步骤，进一步简化制造流程。
从产业视角观察，这项突破与当前全球3D打印产业的加速态势形成共振。2026年以来，中国3D打印设备产量持续保持高速增长，消费级与工业级设备出口规模不断扩大。国金证券等机构认为，伴随传统制造工艺在散热、轻量化、复杂结构成型等方面临近上限，航空航天、3C电子、医药生物等多维需求正催化3D打印产业临近爆发节点。EPFL此次将全息体积打印的光学效率、打印速度和生物相容性同时推升至新量级，或将加速该技术从实验室走向临床转化与工业级应用，为按需制造人体组织、个性化医疗器械及复杂功能件提供更具竞争力的技术路径。
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