从活体人耳到心脏组织：体积3D打印突破速度与生物相容性极限，这六大项目值得关注

增材制造的核心基石之一是「逐层」原理。但有一种3D打印技术完全反对这一理念，它就是体积3D打印。
它不是逐层构建物体，而是在光敏树脂槽内一次性固化整个物体，更像是一个全息图在三维空间中显现，而非我们通常所说的打印。

这一概念在2019年才初步成形，当时加州大学伯克利分校和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员发表了一项关于「计算轴向光刻」的研究成果。
时至今日，它仍是一项不断成熟的技术，大多数系统局限于研究实验室和早期初创公司。就在去年，体积3D打印公司PERFI Technologies赢得了3D打印展会Formnext的年度初创企业奖。以下是我们对他们的采访视频。

体积3D打印之所以值得关注，在于其速度和精度。
原本需要数小时逐层打印的物体，可在数秒内固化完成，没有可见的层纹，也几乎不需要支撑结构。这为生物打印（温和固化可保护活细胞）、光学和微流控（对亚层精度要求极高）以及快速原型制作打开了大门。

以下六个项目横跨多个大洲，大多扎根于大学和政府资助的实验室，充分展示了体积打印在过去一年中取得的巨大进展。

2026年，经过五年的研发，北京清华大学的研究人员在《自然》杂志上发表了DISH（数字非相干全息光场合成）技术。
该技术摒弃了常见的旋转样品瓶，转而让光本身旋转。一个高速旋转的潜望镜以每秒高达10转的速度投射来自405纳米激光器的全息成形图案，在静止的树脂槽中一次性固化整个物体。

结果令人瞩目。研究团队在0.6秒内完成了毫米级复杂物体的打印，在1厘米深度范围内实现了19微米的分辨率，体积打印速率达到333 mm³/s。
由于该技术无需旋转打印件本身，它还能使用比传统体积打印机所需树脂稀薄得多的材料，有助于保持打印件的锐利度。

该团队在多种材料上展示了DISH技术，从工程部件和光子器件到使用GelMA制成的生物打印支架，这表明随着技术成熟，它有望同时覆盖工业和生物医学应用场景。

体积打印已解决了速度问题。然而，可预测性仍然是个难题。MTV项目（用于预测产品性能的断层体积增材制造过程多物理场建模），运行时间为2026年1月至2030年12月，由材料创新研究院（M2i）、埃因霍温理工大学和成像公司Motion Imager联手攻克这一难题。

该项目通过荷兰PPS-I战略计划获得超过100万欧元的资助，团队正在构建计算模型和软件工具，在打印前预测打印件的实际效果，并考虑材料变化如何影响分辨率、机械性能和精度。
目标是取代当今的试错方法，建立可靠、可重复的工艺。他们计划通过工业用例来展示项目成果。

2026年5月21日发表在《光科学与应用》杂志上的最新突破来自洛桑联邦理工学院（EPFL）的应用光子器件实验室（LAPD），该成果攻克了体积生物打印最严苛的制约之一，也就是活细胞在受到过多光照之前就会受损。

该团队的解决方案是调制激光的相位而非亮度，这种全息方法以比早期技术低70倍的光功率实现了同样的雕刻精度。
仅使用一个150 mW的激光二极管，他们就在数秒内固化了毫米级物体，在数分钟内固化了厘米级物体，最终制造出一个64 mm³的构造体，一个由明胶基树脂制成、嵌入活体人体细胞的真人大小的人耳。六天后，细胞不仅存活下来，还开始形成有组织的网络。

这是迈向重建医学生物打印植入物的一步，未来的工作重点是提高投影保真度、用更高密度的细胞群测试该技术的极限，并最终直接在现有组织或物体上进行打印。

SONOCRAFT项目运行时间为2025年4月至2029年3月，是由巴塞罗那大学协调的欧盟「地平线欧洲」项目，获得EIC「探路者」开放计划近300万欧元的资助。
该项目汇集了来自西班牙、瑞典、德国、葡萄牙和瑞士的七个合作机构，包括苏黎世联邦理工学院和伯尔尼大学，共同攻克组织工程最棘手的难题之一，也就是构建行为像心脏组织一样的心脏组织。

该项目对体积打印的创新之处在于将其与超声粒子操控相结合，利用声波精确定位和排列心肌细胞，同时体积打印过程构建周围结构。
这使他们能够构建带有集成人工血管系统（用于氧气和营养输送）的厘米级心脏构造体，这种结构保真度是传统生物打印难以实现的。通过这种方法，该项目旨在变革心脏病的组织工程、药物测试和再生医学。

传统生物打印有一个结构性盲点，它可以放置细胞，但难以控制细胞在打印过程中的取向，这对于任何功能依赖于组织结构（如肌肉）的组织来说都是一个问题。
自2023年以来，一个由瑞士国家科学基金会资助的Sinergia项目一直在用bioxolography技术精准解决这一问题，这是一种高分辨率、基于光的体积打印技术，旨在让研究人员在打印过程中控制细胞取向。

该项目由苏黎世联邦理工学院软体机器人实验室牵头，合作伙伴包括柏林洪堡大学、巴塞尔大学生物中心（Biozentrum）、贝林佐纳再生医学技术实验室以及体积打印衍生公司xolo，联盟的目标是骨骼肌，也就是构建能够复制天然肌肉的细胞异质性、结构和性能的3D组织模型。
研究工作涵盖光化学、肌肉生理学、组织工程和软体机器人学，机器学习指导着生物制造流程。

除了再生疗法和药物筛选之外，以这种方式构建的功能性肌肉致动器还可应用于生物混合机器人和人造肉生产，使其成为体积打印下一阶段中较为独特的交叉应用方向之一。

体积打印大多仍被封锁在大学实验室和资金充足的研究项目之内，对于那些无法获得机构定制机器或缺乏自行配制树脂所需化学知识的人来说，难以企及。
OpenCAL于2025年启动，是一个开源项目，致力于缩小计算轴向光刻（CAL）技术的这一差距。

该项目汇集了40多人的贡献，于2026年6月软发布了OpenCAL V2.0，发布了打印机的完整组装、安装和工作指南，文件托管在模型分享平台Printables上，并与3D打印机制造商Prusa合作，其中包括设计竞赛计划。
同样重要的是，OpenCAL与3D打印公司Formlabs合作，制造了一种专为CAL配制的即用型光敏聚合物树脂，通过MatterHackers分销。这一树脂合作消除了最大的入门障碍之一，因为如果没有它，自行组装者需要自行调配化学品。

团队坦诚地表示，这仍处于早期阶段，组装过程可能更接近桌面3D打印的早期时代，而非如今成熟精美的现状，一路上会有大量失败的打印。
但凭借完整的文档、代码托管平台GitHub上的源代码以及活跃的Discord社区推动持续开发，OpenCAL押注于一种开放、社区驱动的方法，能够为体积打印带来当年开源3D打印项目RepRap为FDM（熔融沉积成型）所带来的变革。