全息投影技術：3D列印邁向精準與高速的新時代

科學家們最近利用全息投影技術，在光基3D列印領域取得了突破性的進展。傳統的3D列印技術是逐層堆疊來建構物體，而「斷層掃描體積增材製造」（TVAM）則採用了截然不同的方法。這種技術利用雷射光照射旋轉的樹脂瓶，只有在累積能量超過特定閾值的地方，材料才會固化。TVAM的一大優勢在於其速度——它能在幾秒鐘內完成物體的製造，而傳統的逐層3D列印則需要約10分鐘。然而，其效率卻是一個主要缺點，因為只有約1%的投射光真正用於形成目標形狀。

由EPFL應用光子裝置實驗室的Christophe Moser教授和SDU光子工程中心的Jesper Glückstad教授領導的研究團隊，開發了一種更高效的TVAM技術，並將其成果發表在《自然通訊》期刊上。他們的方法不僅減少了製造所需的能量，還提高了解析度。與傳統TVAM技術將資訊編碼在投射光波的振幅（高度）中不同，他們的新方法將目標形狀的三維全息圖投射到旋轉的樹脂瓶上，利用光波的相位（位置）來實現更高的精準度。

這一小小的改變帶來了巨大的影響。Moser教授解釋道：「所有畫素輸入都在所有平面上貢獻於全息影象，這不僅提高了光效率，還使最終3D物體的空間解析度更佳，因為我們可以控制投射深度。」在最近發表的研究中，團隊在不到60秒的時間內，以極高的精準度列印了複雜的3D物體，如微型船隻、球體、圓柱體和藝術品，且所需的光功率比以往研究減少了25倍。

全息圖的生成使用了Glückstad教授發明的「HoloTile」技術。這項技術透過疊加多個目標投射圖案的全息圖，消除了隨機光幹擾（稱為「斑點噪聲」），從而避免了影象的顆粒感。雖然全息體積增材製造技術之前已有報導，但EPFL-SDU團隊的方法首次實現瞭如此高保真度的3D列印物體，這主要歸功於HoloTile技術的應用。

EPFL的學生兼主要作者Maria Isabel Alvarez-Castaño指出，全息方法的另一個獨特之處在於全息光束可以實現「自我修復」，這意味著它們可以在樹脂中傳播而不會被微小粒子幹擾。這種自我修復特性對於使用含有細胞的生物樹脂和水凝膠進行3D列印至關重要，使得這項技術非常適合生物醫學應用。Alvarez-Castaño表示：「我們希望利用這種方法來建構生物結構的3D複雜形狀，例如生物列印出組織或器官的生命尺度模型。」

展望未來，團隊計劃將這項方法的效率再提高一倍。Moser教授表示，透過一些計算上的改進，最終目標是僅需將全息圖投射到樹脂上，而無需旋轉樹脂瓶，即可完成物體的製造。這將進一步簡化體積增材製造，並提高大規模、高效能製造的潛力。他補充道，全息圖可以使用標準商用裝置進行編碼，這也增加了這項技術的實用性。

Moser教授總結道：「全息技術的加入為下一代高效、精準且快速的體積增材製造系統奠定了基礎。」