体积3D打印这条路，行业盯了好几年。

原理足够诱人，不分层、几秒成型、表面没有台阶纹，听上去就是冲着颠覆传统逐层打印去的。

可它一直没真正跑起来，卡点不在快慢，在光。

过去做体积打印靠的是DMD芯片，就是投影仪、电影院放映机里那块数字微镜。

它靠几百万个小镜子各自开关来画图案，专业叫振幅调制。

问题是，遮挡就意味着浪费，光效率只有百分之零点三四。

一百份激光打进去，不到半份真正固化了树脂，剩下全被关着的镜子扔了。

这就是为什么过去要做1立方厘米的件，得搬出6瓦的大激光器，系统又贵门槛又高。

洛桑联邦理工这次换了一块芯片，德州仪器的相位光调制器，简称PLM。

就这一换，把光效率从百分之零点三四做到了约百分之二十四，整整70倍。

发在《Light: Science & Applications》上的这篇论文，标题很学术，干的却是一件很实在的事，把卡了体积打印多年的那个光效率瓶颈，撬开了。

明胶硫醇/降冰片烯材料打印的真人尺寸人耳，2分12秒完成，只用了150毫瓦激光，相当于一支激光笔的功率.

先搞清楚，体积打印到底快在哪

开头已经把卡点点出来了，这里把体积打印本身讲清楚。

我们熟悉的3D打印，不管是FDM还是光固化SLA，本质都是一层一层往上堆。

体积打印不分层。

把一管液态光敏树脂转起来，从各个角度往里投射光的图案，光在某些地方累积够了能量，整个物体就在液体里一次性凝固出来，有点像CT扫描反着做。

这个原理2019年就有人验证过，快得惊人，几秒钟一个件，而且因为不分层，表面不会有那种台阶纹。

听起来很美。

问题就出在投影，这一环而投影的核心，是那块往料管里送图案的芯片。

下图是整套全息体积打印装置的光学结构，405纳米激光经PLM调制后通过傅里叶透镜投进转动的料管，料管浸在折射率匹配液里以消除柱面畸变

换一块会上下动的镜子

DMD的毛病前面说了，遮挡浪费光，效率压在百分之一以下。

后来有人让它配合全息算法，假装调制光的相位而非亮度，效率提到百分之十左右，这是团队2025年发在《Nature Communications》上的工作。

这次的突破是直接换芯片。

PLM和DMD的区别就在镜子怎么动，DMD的镜子是翻的，只有开关两态；PLM的镜子像一排活塞，能停在16个不同高度，升降之间改变反射光走的路程，相位就跟着变。

下图是单个PLM像素结构，微镜靠下方电极的静电吸引上下移动，从而改变反射光相位

差别看着小，意义全在这。

调相位不挡光，光全用上了，只是被重新安排了去向。

团队第一次把PLM装进体积打印系统，实测绝对光效率约百分之二十四，对比DMD振幅投影的百分之零点三四，正好70倍。

下面这张图比较关键：从左到右是DMD振幅投影、DMD全息投影、PLM全息投影，三者实测光效率分别约0.34%、9.71%、23.78%

论文里那个反复出现的70倍需要澄清，指的是激光功率效率提升了70倍，不是说打印速度快了70倍。

效率上去，整个系统天花板更高了。

最直接的好处是光源能用便宜的。

过去要6瓦的大激光器，现在一支单模的405纳米激光二极管就够用。

论文里那些打印件，多数只用了18到55毫瓦的输出功率。

一个4毫米高的螺旋面32秒打完，用18毫瓦；一个8毫米的斯坦福兔子61秒，用50毫瓦；连DNA双螺旋上最细的横杆，都做到了30.3微米。

全息打印的老毛病，用【抖】解决

全息投影有个躲不掉的毛病，叫散斑。

你拿激光笔照墙，会看到那种闪烁的颗粒感，亮一块暗一块，那就是散斑，是相干光自己干涉出来的。

放进打印里它很讨厌，会让物体表面变粗糙、起颗粒，更麻烦的是亮斑之间的暗缝会让固化不连续，打出来的东西容易起丝、分层、整片脱落。

团队处理散斑的办法，说穿了就是一个字，抖。

他们给每个投影角度准备最多9张全息图，每一张都把图案在横向上挪一点点，挪动的距离大约是散斑颗粒的一半。

这9张图快速轮流播放，这一张的亮斑刚好落在那一张的暗斑上，平均下来，颗粒感就被抹平了。

这个方法和一些激光投影仪的处理方法类似。

下图是说9个不同顶点偏移的轴棱锥相位，时间复用后让散斑的峰谷相互抵消 来源

打出来的DNA双螺旋，开了散斑抑制和没开的，光滑程度肉眼可见地不一样。

光会抖之外，还有一件更要紧的事，是光束的形状。

普通的高斯光束有个死结，聚焦得越紧，能保持聚焦的距离就越短。

在他们11毫米直径的料管里，高斯光束最多只能打出大于54微米的特征。

想穿透整个料管还保持细，就得换光束。

他们用全息的方法把光整形成贝塞尔光束，一种中间是亮点、外面套着光环的特殊光束，能在很长一段距离里保持不发散。

上图通过轴棱锥相位生成贝塞尔光束，相比高斯光束，沿传播方向保持聚焦的距离大大延长

贝塞尔光束还有个本事叫自愈，光路上碰到障碍物，它能在后面重新合拢。

听起来只是个有趣的物理现象，到了打活细胞的场景，这个本事变成了核心优势。

体积3D打印目前的攻坚战场，是打活的东西

往树脂里掺活细胞，麻烦在于细胞会散射光。

光一散，图案就糊，打出来的结构跟着走样。

过去全息体积打印做这件事，细胞浓度上不去，结构也做不大。

这次他们用每毫升100万个细胞的浓度，打出了模拟胰腺外分泌单元的多腺泡结构，体积比之前大了约8倍。

打完养了6天，里头的人成纤维细胞活着，还在腔体周围长成了网络。

贝塞尔光束的自愈能力在这里帮了大忙。

它能扛住细胞造成的散射，所以打这种散射介质时，不需要像传统方法那样对每个样品单独做光路补偿和标定。

这一步省下来，对将来真做临床级别的组织打印，是实打实的工程价值。

下图是含人成纤维细胞的水凝胶打印的多腺泡结构，蓝色为细胞核，绿色为细胞骨架，打印6天后细胞已形成网络

前文提到的打印的耳朵。

它用的是另一种材料，明胶硫醇/降冰片烯，比常用的GelMA反应快得多，对氧气也不那么敏感，所以结构更清晰。

同一只耳朵换成商用丙烯酸酯树脂打，慢一些，7分45秒；缩到一半尺寸，5分钟。

做个对比，之前用螺旋TVAM方法打同样的耳朵，光源要1.8瓦，时间要10分钟。

写在最后

3D体积打印一直被两样东西卡着脖子。

一是光效率太低，设备贵、门槛高，能玩的人就少；

二是打活细胞这种散射介质时图案会糊，做不大也做不准。

本文这块PLM调制器加上贝塞尔光束、散斑抑制两个配套手段，试图解决这两个问题。

光源从6瓦降到150毫瓦，意味着整套系统的成本结构可能被重新改写。

AM易道的判断是，这个学术成果短期内不会变成量产3D打印设备。

我们持续关注体积3D打印是因为，它真正反常识的地方，是把【层】这个概念整个拿掉了。

一旦体积打印这条线真的跑通，它要重新定义的不是某一类零件怎么做，而是3D打印这四个字本身还该不该和层逻辑绑在一起。

来源标注

• 原始论文：Álvarez-Castaño, M.I. et al. High-efficiency multi-scale holographic volumetric 3D printing with a phase light modulator. Light: Science & Applications (2026) 15:241. DOI: 10.1038/s41377-026-02331-4

• 文中技术参数、打印时间、材料、细胞实验数据均来自论文正文及配图

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