Single-exposure holographic 3D printing via inverse-designed phase masks

制作 全息术 材料科学 3D打印 体素 光致聚合物 光学 结构光 相(物质) 穿透深度 沉积(地质) 可扩展性 光电子学 聚合 快速成型 吞吐量 渗透(战争) 计算机科学 聚合物 纳米技术 平版印刷术 可视化
作者
Dajun Lin,Xiaofeng Chen,Connor O. Dea,Jiwon Kim,Keldy S. Mason,Barbara Groh,Kwon Sang Lee,Apratim Majumder,Chih‐Hao Chang,Michael Arthur Cullinan,Zachariah A. Page,Rajesh Menon
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (33): eaec3536-eaec3536 被引量:2
标识
DOI:10.1126/sciadv.aec3536
摘要

Additive manufacturing using light is commonly constrained by serial voxel-by-voxel or layer-by-layer processing, which fundamentally limits fabrication speed and scalability. Here, we introduce a single-exposure holographic three-dimensional (3D) printing approach that synthesizes an entire volumetric dose distribution optically in one step. The method combines inverse-designed microstructured phase masks with photopolymer resins engineered for controlled optical absorption. By precisely tailoring the phase-mask topography, we generate arbitrary 3D light-intensity distributions within the resin, including intentionally encoded dark regions that define hollow internal features. Simultaneously, the resin formulation is designed to balance optical penetration with sufficient local energy deposition to achieve high-fidelity polymerization throughout the volume. Using this approach, millimeter-scale architectures comprising more than 10 6 addressable voxels are fabricated in a single 7.5-second exposure, corresponding to a volumetric throughput of ∼1 cubic millimeters per second (>10 5 voxels per second). The demonstrated performance is presently limited by resin kinetics and illumination geometry rather than by the phase-mask framework itself. Because the volumetric information capacity scales with the space-bandwidth product of the phase mask, this approach provides a clear pathway toward substantially higher throughput, enabling scalable fabrication of micro-optical components, biomedical scaffolds, and other precision-engineered mesoscale systems.
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