海南
AM易道學術分享
業內討論體積3D打印（Volumetric Additive Manufacturing,VAM）也討論了好幾年了。
這項技術憑借其一氣呵成、無支撐、無臺階紋的打印方式，跳出了3D打印技術層層疊加的底層成型邏輯，被看作是光固化3D打印甚至是全行業的新思潮和下一個進化方向。
咱們今天來盤一盤一個該領域的新進展，來自洛桑聯邦理工學院（EPFL）的新光學方案，涉及到MEMS全息技術。
新方案的打印效果提升顯著：
AM易道對于該文章的許多理解和表達已脫離原文章的原始技術表述，有大量原創主觀的解讀創作成分，如需要了解更多原始硬核技術內容，請自行閱讀原文。
體積打印的老大難：光效率低得可憐
在聊新方案之前，咱們得先回顧一下VAM，尤其是斷層掃描體積打印（TVAM）是怎么工作的。
TVAM是把一個物體的3D模型轉換成無數個角度的2D投影，然后用投影儀把這些光場圖案快速、連續地打進一個旋轉的、裝滿光敏樹脂的小瓶子里。
樹脂中只有那些被光從各個角度反復照射、累積了足夠能量的點會同時凝固成型，最終讓一個完整的三維物體在幾十秒內直接從液體中浮現出來，而不是一層層堆疊而成。
聽起來很美好，但問題就出在投影儀上。
目前主流的TVAM系統大多使用數字微鏡器件（DMD）作為光調制器。
DMD本質上是由無數個微小的鏡片組成的陣列，通過翻轉鏡片來控制光線的開或關，從而形成圖像。
這種工作方式屬于振幅調制，簡單粗暴，但效率低。
大部分光要么被擋掉，要么被反射到別處，真正用來固化的有效光利用率通常不到10%。
這意味著為了在短時間內提供足夠的光劑量，你必須用大功率的光源，比如高功率激光器。
這不僅拉高了整個系統的成本和體積，還帶來了散熱等一系列工程難題。
可以說，DMD在光效率上的短板，一直是限制體積3D打印技術走向更廣泛商業化應用的一大障礙。
新光學方案：從開關到導航的MEMS相位光調制器
現在，EPFL的團隊帶來的這套全新的全息斷層體積增材制造（HT-VAM）系統，可以說是正面解決了這個核心痛點。
他們做了一個關鍵的替換：用德州儀器（TI）開發的基于MEMS的純相位光調制器（PLM）取代了傳統的DMD。
我們認為，這個改變是非常有價值。
如果說DMD是光的開關，只能決定光要不要通過，那么PLM就是光的導航儀。
它不再粗暴地阻擋光線，而是通過控制微鏡的活塞式運動，對光波的相位進行精細雕刻，從而引導光波陣面，讓光能以極高的效率匯聚到需要固化的目標位置。
效果有多顯著？
根據他們在今年6月arXiv上發布的預印本論文數據，這套系統的實測光效率達到了驚人的23.78%，相比DMD方案實現了70倍的提升。
這意味著，過去需要一個大炮才能完成的工作，現在用一個低功耗的手電筒就行了。
系統可以直接采用低成本的單模405nm激光器，整個系統的復雜度和成本都直線下降。
熟悉光路的朋友可能會問，純相位調制我們首先想到的是LCOS（硅基液晶）空間光調制器，為什么它沒能成為主流？
原因在于LCOS的幾大硬傷：
首先是響應速度慢（通常在60-120Hz），難以滿足高速打印的需求；
其次，它對光的偏振態很敏感；
最致命的是，在光固化常用的紫外光照射下，LCOS材料會快速老化降解。
而EPFL選擇的這套MEMS方案則完美規避了這些問題。
它高達1440Hz的刷新率保證了圖案的快速切換，同時對偏振不敏感，且具備出色的紫外穩定性，簡直是為光固化應用量身定做的。
不僅更亮，還要更干凈：解決散斑噪聲的巧思
當然，從理論到實踐還有很多工程問題要解決。
當你使用相干性這么好的單模激光器玩全息投影時，一個頭疼的副產品散斑噪聲（speckle noise）就來了。
這種由光干涉產生的隨機顆粒狀斑點，會嚴重影響打印件的表面質量和細節精度。
EPFL的團隊為此設計了一套非常巧妙的散斑抑制流程。
他們沒有用單一的全息圖去投影，而是在每個投射角度，都快速復用了9個經過橫向微移的全息圖。
同時，他們還在算法中引入了貝塞爾光束的艾里斑相位（Bessel beam axicon phases）。
這一套組合拳打下來，成功將散斑對比度降低了50%（從0.45降至0.33）。
不僅讓光場變得更均勻、干凈，還順帶擴展了系統的景深，確保在整個打印體積內都能獲得一致的高分辨率。
寫在最后：體積打印的成熟之路 文章的技術內容還很多，但上面是我們認為最核心的創新。
這項研究，讓我們看到了體積打印突破現有瓶頸的新路徑。
它和近年來出現的其他創新，比如用于精確光劑量控制的自動曝光系統、利用光轉換納米顆粒實現更深層固化的技術等，共同推動著這項技術走向成熟。
值得一提的是，從EPFL剝離出來的商業化公司Readily3D，也正在與生物材料公司BIOINX合作，推動體積打印在復雜生物模型制造中的應用。
學術研究的突破正在快速向產業應用轉化。
總而言之，通過MEMS全息光路對光這一核心要素的精妙控制，EPFL為體積打印技術裝上了一個強大而高效的新引擎。
原文鏈接：https://arxiv.org/pdf/2506.02578
接下來，就看市場和資本如何擁抱這一變化了。
AM易道認為，和許多光學行業面臨的問題一樣，TI的核心器件雖好，但誰知道未來會不會面臨卡脖子問題，所以LCOS的突破還是值得被期待的。
當然，這得是體積光固化真正形成規模以后需要考慮的事情。
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