CN112955306B - 三维打印的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开内容提供了用于3D物体的三维(3D)打印的方法和系统。本文提供的方法和系统可以包括可以实现各种形状的3D打印的3D全息光刻。本文提供的方法和系统可以实现高效的3D全息打印，并且可以避免例如零级缺陷的问题。本文提供的方法和系统包括用于打印具有减少的或最小的不一致的3D物体的方法。

Description

三维打印的方法和系统

交叉引用

本申请要求于2018年7月31日提交的美国临时申请号62/712,851、于2018年7月31日提交的美国临时申请号62/712,855和于2018年7月31日提交的美国临时申请号62/712,883的权益，其各自通过引用整体并入本文。

背景技术

全息光刻可以应用于三维(3D)物体的制造中。该技术可以将全息照相术与双光子光刻术相结合以投影三维(3D)表示，从而曝光经历聚合的光敏介质以产生三维(3D)物体。该技术也称为全息三维(3D)打印，可用于其组合的制造分辨率和速度。尽管潜在的应用众多，但是生物材料的制造可能是主要的应用。这是由于分辨率功能允许制造单细胞和小毛细管，而这是其他3D打印技术无法实现的。另外，这种直接写入制造技术允许通过逐层工艺来制造3D物体，而不是层状组装此类3D物体，如在更传统的光刻应用中所使用的那样。

发明内容

本公开内容提供了用于3D物体的三维(3D)打印的方法和系统。本文提供的方法和系统可以包括3D全息光刻。本公开内容的方法和系统可以使用但不限于全息照相术和/或多光子吸收。本公开内容的方法和系统可以使得能够进行包括预定形状和任意形状的各种形状的3D打印。该方法和系统的一些方面可以实现高效的3D全息打印，并且可以避免诸如零级缺陷的问题。本公开内容中的方法可以包括用于打印具有最小的不一致的3D物体的方法。

一方面，本公开内容提供一种用于处理三维(3D)物体的计算机表示(computerrepresentation)的方法，其包括：(a)计算机处理所述3D物体的所述计算机表示以生成所述3D物体的第一多个部分，其中所述第一多个部分具有不同的体积；(b)计算机处理所述第一多个部分以产生具有基本上相同体积的第二多个部分；以及(c)使用所述第二多个部分来生成用于生成所述3D物体的打印指令。

在一些实施方式中，所述方法还包括使用所述打印指令来打印所述3D物体。在一些实施方式中，根据所述打印指令通过固化树脂来打印所述3D物体。在一些实施方式中，根据所述打印指令通过聚合介质来打印所述3D物体。

在一些实施方式中，所述第二多个部分是所述3D物体的全息表示的一部分。在一些实施方式中，所述方法还包括通过将相位空间变换应用于所述第一多个部分来生成相位空间全息图。在一些实施方式中，所述相位空间变换是平移操作。

在一些实施方式中，所述3D物体是无定形3D物体。在一些实施方式中，根据每个形状的紧密性来选择所述第一多个部分的一部分的形状和所述第二多个部分的一部分的形状。在一些实施方式中，通过聚类算法来选择每个形状。在一些实施方式中，所述聚类算法是k均值算法。

在一些实施方式中，所述聚类算法是分层聚类算法。在一些实施方式中，所述方法还包括数据挖掘。

在一些实施方式中，所述第二多个部分中的每个互锁(interlock)。在一些实施方式中，所述第二多个部分中的每个都被重新组装以产生类似拼图的锁。

本公开内容的另一方面提供了一种用于处理三维(3D)物体的计算机表示的系统，其包括：计算机存储器，其被配置为存储所述3D物体的所述计算机表示；以及一个或多个可操作地与所述计算机存储器耦合的计算机处理器，其中所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程以：(i)从所述计算机存储器获得所述3D物体的所述计算机表示；(ii)处理所述计算机表示以生成所述3D物体的第一多个部分，其中所述第一多个部分具有不同的体积；(b)处理所述第一多个部分以产生具有基本上相同体积的第二多个部分；以及(c)使用所述第二多个部分来生成用于生成所述3D物体的打印指令。

在一些实施方式中，所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程为使用所述打印指令来打印所述3D物体。在一些实施方式中，根据所述打印指令通过固化树脂来打印所述3D物体。在一些实施方式中，根据所述打印指令通过聚合介质来打印所述3D物体。

在一些实施方式中，所述第二多个部分是所述3D物体的全息表示的一部分。在一些实施方式中，所述3D物体是无定形3D物体。在一些实施方式中，所述第二多个部分中的每个互锁。在一些实施方式中，所述第二多个部分中的每个都被重新组装以产生类似拼图的锁。

本公开内容的另一方面提供一种产生连续全息图的方法，所述方法包括叠加第一能量束和第二能量束，使得所述第一能量束生成第一零级缺陷，并且所述第二能量束生成不与所述第一零级缺陷重叠的第二零级缺陷，以产生所述连续全息图。

在一些实施方式中，所述连续全息图用于打印三维(3D)物体。在一些实施方式中，通过固化树脂来打印所述3D物体。在一些实施方式中，通过聚合介质来打印所述3D物体。在一个实施方式中，所述连续全息图是三维(3D)物体的全息表示。

在一些实施方式中，所述方法还包括提供零级缺陷阻挡(zero-order defectblocking)和重叠的能量束投影(overlapping energy beam projection)的排列，使得所述零级缺陷不重叠并且生成大的连续3D全息图。在一些实施方式中，对准所述第一能量束和所述第二能量束。在一些实施方式中，所述方法还包括在图像平面中或附近物理地阻挡所述零级缺陷。在一些实施方式中，所述方法还包括使用角度选择光学器件来排斥所述零级缺陷。在一些实施方式中，所述角度选择光学器件是体积布拉格光栅(volumetric Bragggrating)。

在一些实施方式中，所述第一能量束和所述第二能量束被分别处理。在一些实施方式中，所述方法还包括设置所述第一能量束和所述第二能量束的强度，使得所述第一能量和所述第二能量束中的每个具有足够的能量以将所述第一零级缺陷和所述第二零级缺陷暴露于所述第一能量束或所述第二能量束。在一些实施方式中，所述方法还包括所述第一能量束和所述第二能量束中的每个向存在于所述第一能量束或所述第二能量束的打印区域内的所述第一零级缺陷或所述第二零级缺陷中的任一个施加增加的强度。

本公开内容的另一方面提供一种生成连续全息图的系统，其包括：至少一个能量源，其被配置为引导第一能量束或第二能量束；一个或多个与所述至少一个能量源可操作地耦合的计算机处理器，其中所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程以叠加所述第一能量束和所述第二能量束，使得所述第一能量束生成第一零级缺陷，并且所述第二能量束生成不与所述第一零级缺陷重叠的第二零级缺陷，以产生所述连续全息图。

在一些实施方式中，所述连续全息图用于打印三维(3D)物体。在一些实施方式中，通过固化树脂来打印所述3D物体。在一些实施方式中，通过聚合介质来打印所述3D物体。在一些实施方式中，所述连续全息图是三维(3D)物体的全息表示。在一些实施方式中，所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程以提供零级缺陷阻挡和重叠的能量束投影的排列，使得所述零级缺陷不重叠并且生成大的连续3D全息图。

在一些实施方式中，对准所述第一能量束和所述第二能量束。在一些实施方式中，所述第一能量束和所述第二能量束被分别处理。在一些实施方式中，所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程以进一步设置所述第一能量束和所述第二能量束的强度，使得所述第一能量和所述第二能量束中的每个具有足够的能量以将所述第一零级缺陷和所述第二零级缺陷暴露于所述第一能量束或所述第二能量束。在一些实施方式中，所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程以进一步包括所述第一能量束和所述第二能量束中的每个向存在于所述第一能量束或所述第二能量束的打印区域内的所述第一零级缺陷或所述第二零级缺陷中的任一个施加增加的强度。

本公开内容的另一方面提供一种用于同时打印多个三维(3D)物体的方法，其包括将与所述多个3D物体相对应的多个全息投影引导到包括一个或多个前体的介质中，以生成所述多个3D物体。

在一些实施方式中，通过将至少一个能量束引导到衍射元件中来产生所述多个全息投影。在一些实施方式中，所述衍射元件是衍射分束器或次级空间光调制器(SLM)。在一些实施方式中，通过将束转向装置应用于至少一个能量束来产生所述多个全息投影。在一些实施方式中，所述多个3D物体中的各个3D物体彼此基本相同。在一些实施方式中，所述多个3D物体彼此不同。在一些实施方式中，所述多个3D物体中的3D物体选自支架、网、脉管系统结构、移植物、细胞封装外壳、结构支撑物、光子结构、微流体结构和微机电结构。

在一些实施方式中，所述多个3D物体中的各个3D物体是3D结构的一部分。在一些实施方式中，所述方法还包括组合所述单独的3D物体以产生所述3D结构。

本公开内容的另一方面提供一种同时打印多个三维(3D)物体的系统，其包括：计算机存储器，其被配置为存储与所述多个三维(3D)物体相对应的多个全息投影的计算机表示，配置用于包含介质的介质室，所述介质包括一种或多种前体，配置用于将至少一个能量束引导至所述介质室的至少一个能量源，以及一个或多个与所述至少一个能量源可操作地耦合的计算机处理器，其中所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程以(i)从所述计算机存储器获得与所述多个三维(3D)物体相对应的所述多个全息投影的所述计算机表示；以及(ii)将与所述多个3D物体相对应的多个全息投影引导到包括一个或多个前体的所述介质中，以生成所述多个3D物体。

在一些实施方式中，通过将至少一个能量束引导到衍射元件中来产生所述多个全息投影。在一些实施方式中，所述衍射元件是衍射分束器或次级空间光调制器(SLM)。在一些实施方式中，通过将束转向装置应用于至少一个能量束来产生所述多个全息投影。在一些实施方式中，所述多个3D物体中的各个3D物体彼此基本相同。在一些实施方式中，所述多个3D物体中的各个3D物体彼此不同。

在一些实施方式中，所述多个3D物体中的3D物体选自支架、网、脉管系统结构、移植物、细胞封装外壳、结构支撑物、光子结构、微流体结构和微机电结构。在一些实施方式中，所述多个3D物体中的各个3D物体是3D结构的一部分。在一些实施方式中，所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程以进一步组合所述单独的3D物体以产生所述3D结构。

本公开内容的另一方面提供了一种用于处理三维(3D)物体的计算机表示的方法，其包括：(a)计算机处理所述3D物体的所述计算机表示以生成所述3D物体的全息表示；(b)评估所述3D物体的所述全息表示以生成多个形状表示，(c)计算机处理所述多个形状表示以生成所述3D物体的分区全息表示；以及(d)使用所述3D物体的所述分区全息表示来生成用于生成所述3D物体的打印指令。

在一些实施方式中，所述多个形状表示中的每个是多边形。在一些实施方式中，所述多边形被分配边界体积。在一些实施方式中，每个边界体积包括多个子体积。在一些实施方式中，所述多个子体积中的每个包括多个向量。在一些实施方式中，所述多个向量用于识别多个相交的体素(voxel)。在一些实施方式中，所述多个相交的体素被存储在哈希表中。在一些实施方式中，对所述3D物体的所述全息表示的所述评估以生成多个形状表示是沿着感兴趣的平面对所述3D物体的全息表示的切片。

本公开内容的另一方面提供了包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，所述机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时实现上文或本文其他各处的任何方法。

本公开内容的另一方面提供了包括一个或多个计算机处理器以及与其耦合的计算机存储器的系统。所述计算存储器包括机器可执行代码，所述机器可执行代码在由所述一个或多个计算机处理器执行时实现上文或本文其他各处的任何方法。

通过以下在其中仅示出和描述了本公开内容的说明性实施方案的详细描述，本公开内容的其他方面和优点将会对本领域技术人员而言变得显而易见。将认识到，本公开内容能够具有其他和不同的实施方案，并且其若干细节能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不脱离本公开内容。因此，附图和说明书本质上应被认为是说明性的，而不是限制性的。

援引并入

本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，程度如同具体地和个别地指出要通过引用来并入每个出版物、专利或专利申请。在通过引用并入的出版物和专利或专利申请与说明书中包含的公开内容相矛盾的程度上，本说明书旨在取代和/或优先于任何此类矛盾的材料。

附图说明

本发明的新颖性特征在所附的权利要求书中具体阐述。通过参考以下对利用本发明原理的说明性实施方式加以阐述的详细描述以及附图(本文也称“图”)，将会获得对本发明的特征和优点的更好理解，在这些附图中：

图1示出了本文描述的方法的示例。

图2示出了具有和不具有拖尾图像的模型的示例。

图3A和图3B示出了“斯坦福兔子”的三维(3D)模型。图3A示出了包括多个3D结构的3D模型的一部分的示例。图3B示出了将3D模型的一部分的多个3D结构组合成单个全息图的示例。

图4示出了分割图像的不同方法的示例。

图5示出了对图像施加掩模以校正不平衡打印的示例。

图6示出了被编程或以其他方式配置用于实现本文提供的方法的计算机控制系统。

图7示出了本文提供的方法的示例。

图8示出了本文提供的方法的示例，该方法包括在全息打印期间将场校正应用于全息图。

图9示出了场校正掩模的示例。

图10示出了使用单个输入束的全息光刻设置的示例。

图11示出了使用单个输入束和时间聚焦的全息光刻设置的示例。

图12示出了使用双输入束的全息光刻设置的示例。

图13示出了使用双输入束和时间聚焦的全息光刻设置的示例。

图14示出了使用双输入束和双初级调制器的全息光刻设置的示例。

图15示出了使用双输入束和利用可寻址聚焦光学器件的时间聚焦的全息光刻设置的示例。

图16示出了在全息光刻中叠加光束系统的效用的示例。

图17示出了具有和不具有经由光束叠加的零级缺陷去除的打印物体的示例。

图18示出了允许同时进行结构复制的全息图的平行投影的示例。

图19示出了本文提供的包括衍射光学器件(DOE)的系统的示例。

图20示出了本文提供的包括束转向的系统的示例。

图21示出了本文提供的包括衍射光学器件(DOE)和束转向的系统的示例。

图22示出了用于通过离散化各个三角形来离散化基于向量的模型的示例过程的方案。

图23示出了使用单输入束和用于零级抑制的角度选择光学器件的全息光刻设置的示例。

图24示出了通过使用偏振光学器件将入射光束分成多个光束来使用一个光源为多个打印机供电的系统。

具体实施方式

尽管本文中已经示出并描述了本发明的各种实施方案，但对于本领域技术人员容易理解的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。本领域技术人员在不脱离本发明的情况下可想到多种变化、改变和替代。应当理解，可采用本文所述的本发明实施方案的各种替代方案。

本文使用的术语仅为了描述具体情况，而不意在限制。如本文所用，除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”也意在包括复数形式。此外，在术语“包括”、“具有”或其变化形式用于具体实施方式和/或权利要求的情况下，这样的术语意为包含性的，类似于术语“包含”。

术语“约”或“大约”是指接近所述量约10％、5％或1％的量，包括其中的增量。例如，“约”或“大约”可意指包括该特定值以及从低于该特定值10％跨越到高于该特定值的10％的范围。

如本文所用，术语“生物材料”通常是指可以发挥化学或生物功能的任何材料。生物材料可以包括一个细胞或多个细胞。细胞可以是相同的类型或不同的类型。生物材料可以是生物功能性组织或功能性组织，其可以是能够发挥或发挥生物力学或生物功能的生物结构。生物功能性组织可以包括在彼此扩散距离以内的细胞，包括至少一种细胞类型，其中每个细胞都在毛细管或脉管网络组分的扩散距离以内，促进和/或抑制蛋白质功能的实现，或其任何组合。生物功能性组织可以是组织或诸如重要器官的器官的至少一部分。在一些实例中，生物材料可以用于药物开发，诸如例如，用不同的治疗剂筛选多种细胞或组织。

生物材料可包括基质如聚合物基质，其包括一种或多种其他类型的材料如蛋白或细胞。生物材料可以具有多种形状、大小或配置。在一些情况下，诸如肉或肉类材料的生物材料可以由受试者(例如，动物)消耗。生物材料可以包括大分子，诸如多肽和/或蛋白质。

如本文所用，术语“三维打印”(也称为“3D打印”)通常是指用于生成3D部件(或物体)的过程或方法。此类过程可用于形成3D部件(或物体)，诸如3D生物材料。

如本文所用，术语“能量束”通常是指能量的束。能量束可以是电磁能束或电磁辐射束。能量束可以是粒子束。能量束可以是光束(例如，伽马波、X射线、紫外线、可见光、红外光、微波或无线电波)。光束可以是相干光束，如可由通过辐射的受激发射(“激光”)的光放大所提供的。在一些实例中，光束由光纤激光器、基于晶体的激光器、激光二极管或多个二极管激光器的组合生成。

本公开内容的方法和系统可以使用但不限于全息照相术和/或多光子吸收。多光子吸收是这样的过程，其中多个光子被有效且基本同时地吸收，就好像它们是能量等于单个光子的能量之和的单个光子。例如，两个近红外光子(大约800nm或大约1.2电子伏特(eV))可被吸收，就好像它们是单个可见(大约400nm或大约2.4eV)光子。要使这一过程发生，可能需要高密度的光子来基本同时占据一个体积。结果，具有非常高的峰值功率的短脉冲激光器可以用于引发多光子吸收事件。此外，这种高密度的光子可能会在吸收材料中发生，其性质可能会导致发生多光子吸收事件。如果材料不适用于此，则分子或纳米颗粒染料的掺入可能会使基本上不吸收的材料敏感。

多光子吸收可能会导致独特的光学行为，即只将吸收限制在光束焦点的最强烈部分。这在显微镜应用中也被称为焦点。例如，将光聚焦到单一的光子吸收材料中会导致吸收轮廓类似于沙漏，该沙漏会在整个材料厚度中延伸。相反，聚焦到多光子吸收材料中的光可导致吸收轮廓类似于以光束的焦点为中心的小椭圆体。因为可以一次吸收两个光子，所以两个光子被吸收的可能性可以作为距焦点的距离平方的函数而非线性地降低。因为在离焦点一定距离处，吸收和打印可能更快地减少，所以该过程可以允许比单光子吸收更高的分辨率，以及不同于单光子吸收的基于功率的分辨率调节。可以选择多光子吸收材料在激发激光器的波长处是透明的。可以选择吸收材料，使得当使用双光子吸收系统时，它们吸收的波长大约是激发波长的一半。当使用三光子吸收系统时，可以选择吸收材料，以使它们吸收激发波长的三分之一。例如，近红外双光子染料在近红外光谱区域(大约1000nm)中是透明的，并且在大约是激光波长(大约500nm)的一半的可见光谱区域中被吸收。因此，当同时吸收两个波长大约为1000nm的长波长低能光子时，它们可传递包含约500nm较短波长的单个较高能量光子的等效能量。较长的波长在致密介质或组织中的散射较小，与单光子技术相比，可以使激发光更深地穿透到材料中。此外，因为光可能仅在焦点处被吸收，所以基质(例如，聚合物基质)的固化可能不会发生在焦平面之上或之下，除非通过全息打印方法指示这样做。

激发限制和高光学透射率的结合优势使多光子光学技术在生物科学成像领域广为流行，该技术已应用于对细胞和组织进行高分辨率和深层组织成像。此外，该技术已应用于使用双光子光刻(TPL)的纳米和微型制造。前述的激发限制允许TPL完成分辨率约为1微米(μm)至约数百纳米(nm)的三维(3D)物体的直接激光写入(DLW)制造。虽然这种技术很强大，但是它可能局限于在固化基质(例如，聚合物基质)所需的给定时间内曝光一个体素(即，像素的三维等效物)。如果将其与束转向硬件的限制以及所用感光材料的曝光时间要求(驻留时间以及固化时间)结合，则将对单点曝光系统的速度设置上限。与传统直接激光写入中对单个焦点的扫描相比，全息曝光可以显著提高速度，而不会显著影响该技术的分辨率。

从概念上讲，全息照相术是三维图像或“全息图”的光学投影。应用于多光子光刻的全息照相术可以允许同时在x，y或z维度上曝光许多(即，约几千个或更多)体素，从而轻松制造复杂的物体。相对于单点曝光DLW，此方法的益处可能是打印速度。因为许多体素可能同时暴露，所以由打印介质的停留时间强加的打印速度限制可能不再是系统打印速度的实际限制。另外，全息照相术可以允许在一次曝光中打印二维和三维物体或物体碎片。全息图投影可以通过调制激光束的相位和/或幅度来实现，可能的方式是通过电子可寻址光学调制器实现。例如，可以使用空间光调制器(SLM)。可以使用傅立叶光学器件将调制光束暴露于打印介质上。

空间光调制器(SLM)可以是具有电子可寻址像素的设备，该像素通过电子控制液晶的方向将可变的相位延迟赋予入射光束。该可变的相位延迟可以通过外部计算机来控制，以允许光束被快速且精确地控制。根据施加的相位延迟，光束可以被操纵、聚焦、散焦或任意成形。然后可以将所得的相位轮廓进行傅立叶共轭，以将SLM赋予的频率-空间域轮廓转换为投影到预期打印介质中的空间域全息图。这可以通过将SLM相位分布图(适当的放大/缩小)投影到显微镜物镜的后孔上来完成。

SLM可以是电可编程器件，其可以根据固定的空间(即，像素)图案在空间和时间上调制光波的幅度、相位、偏振、传播方向、强度或其任何组合。SLM可以是基于半透明的，例如液晶显示器(LCD)微型显示器。SLM可以是基于反射的，例如硅上液晶(LCOS)微型显示器。SLM可以是微通道空间光调制器(MSLM)、平行对准的向列液晶空间光调制器(PAL-SLM)、可编程相位调制器(PPM)、相位空间光调制器(LCOS-SLM)或其任何组合。LCOS-SLM可以包括芯片，该芯片包括布置在硅衬底顶部上的液晶层。可以通过使用半导体技术在芯片的硅衬底上建立电路。LCOS-SLM芯片的顶层可以包含能够独立控制其电势的铝电极。可以在保持由液晶材料填充的恒定间隙的同时将玻璃衬底放置在硅衬底上。液晶分子可以通过硅和玻璃衬底中提供的对准控制技术平行对准。可以逐像素地控制跨该液晶层的电场。可以通过控制电场来调制光的相位；电场的变化可能导致液晶分子相应地倾斜。当液晶分子倾斜时，液晶折射率可能改变，从而进一步改变光路长度，导致相位差。

空间光调制器(SLM)可以用于打印三维(3D)生物材料。本文提出的方法可包括在计算机存储器中接收3D生物材料的计算机模型，并进一步处理计算机模型，以便将计算机模型“切片”为层，从而产生每层的二维(2D)图像。该计算机模型可以是计算机辅助设计(CAD)模型。本文公开的系统可以包括至少一个计算机处理器，该计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于基于确定待打印3D生物材料的边界轮廓和/或填充顺序的“经切片的”计算机模型来计算激光扫描路径。

可以使用一种或多种聚合物前体进行全息三维(3D)打印。SLM可以与两种或多种聚合物前体一起使用。可以使用各种聚合物前体。

可以使用硅上液晶(LCOS)-SLM打印3D生物材料。可以使用液晶SLM打印3D生物材料。可以使用SLM投影3D生物材料的计算机模型的点云表示或基于线的表示。本文公开的方法可以包括将点云表示或基于线的表示转换为全息图像。可以使用SLM投影3D生物材料的计算机模型的全息图像。可以使用SLM调制3D生物材料的计算机模型的点云表示或基于线的表示的光的相位。可以使用SLM调制3D生物材料的计算机模型的全息图像的光的相位。

还可以通过单独使用双数字微镜器件(DMD)系统或与空间光调制器(SLM)组合使用来实现三维的多光子激发的投影。可以使用本文所述的方法将一对DMD与一对SLM一起使用，来打印3D物体。可以使用本文所述的方法使用至少一个SLM和至少一个DMD来打印3D物体。可以使用本文所述的方法使用一对SLM来打印3D物体。可以使用本文所述的方法使用一对DMD来打印3D物体。可以使用本文所述的方法使用至少一个SLM来打印3D物体。可以使用本文所述的方法使用至少一个DMD来打印3D物体。DMD是电输入、光输出的微电子机械系统(MEMS)，其允许高速、高效和可靠的空间光调制。DMD可以包括以矩形阵列布置的多个微镜(通常为数十万或数百万的数量级)。DMD中的每个微镜可以对应于待显示的图像的像素，并且可以旋转约例如10-12°至“开启”或“关闭”状态。在“开启”状态下，来自投影仪灯泡的光可以反射到微镜中，从而使其对应的像素在屏幕上显得明亮。在“关闭”状态下，可以将光引导引导至其他位置(例如，引导至散热器上)，从而使微镜的对应像素显得黑暗。DMD中的微镜可以由高反射率的铝组成，并且其横向长度为大约16微米(μm)。每个微镜可以建立在相关联的半导体存储单元的顶部上并且安装在轭架上，该轭架可以经由扭转铰链连接到一对支柱。每个微镜的运动角度可以通过向每个下方的半导体存储单元加载“1”或“0”来控制。可以施加电压，这可以使每个微镜经由静电吸引而围绕扭转铰链静电偏转到相关联的+/-角度状态。

可以使用多光子系统，并且这样的系统可以是双光子系统。在双光子系统中，可以通过脉冲激光器提供照明。在一些实例中，可以使用SLM。在一些实例中，当使用SLM时，可以通过脉冲激光器提供照明。

该方法可以进一步包括添加可选的光束扩展器，其后可以是贝塞尔光束发生透镜，该透镜是固定的轴棱锥透镜或可调的声梯度(TAG)透镜，可以添加该透镜以改变激光器的性质，这可以实现更高的分辨率和更大的组织打印深度，特别是在混浊溶液中。可以利用快速切换反射镜将可包括可选的光束扩展器和/或贝塞尔光束发生透镜的激光线引导至不同的投影系统，这些投影系统在形成与组织打印相关联的特定结构方面具有材料优势。在一些情况下，与两个SLM系统能够达到的分辨率相比，高分辨率DMD反射镜结合SLM系统可以达到更高的轴向分辨率。最后，可以将激光线与单个DMD或SLM系统结合反射镜一起使用，以允许在任何轴面中对二维图像进行无扫描投影。还可以通过扫描镜在较大的视场上对3D投影图案进行光栅扫描，其中可以控制激光发射图案、波长和/或功率以匹配光栅扫描速度，使得可以沉积粘结且复杂的结构。在包含多于一条激光线的系统中，配置可以是双SLM、双DMD、单SLM、单DMD或简单平面扫描的任何组合。

在一些情况下，一个或多个光路可以独立地使用或协同使用。在光路内聚焦和分布光束或能量束的透镜、光栅和反射镜可以放置在主要的波前整形元件之间，以分布通过关键元件的光或调制入射光(在光栅的情况下)，如图3A中所述。用于聚焦、分布或削波输入激光的目的，可以将至少一个光栅或反射镜放置在波前整形元件“F”之间(即，在SLM、DMD和/或TAG透镜之间)。光波前整形器件F可以包括SLM、LCOS-SLM、DMD、TAG透镜或其任何组合。

在一些情况下，可以使用数字微镜器件(DMD)打印3D生物材料。可以使用DMD投影3D生物材料的计算机模型的点云表示或基于线的表示。本文公开的方法可以包括将点云表示或基于线的表示转换为全息图像。可以使用DMD投影3D生物材料的计算机模型的全息图像。可以使用DMD打印3D生物材料。

在一些情况下，在本文公开的方法中可以使用至少一个SLM和至少一个DMD的组合来打印3D生物材料。至少一个SLM和至少一个DMD的组合可以串联地布置。至少一个SLM和至少一个DMD的组合可以并联地布置。当用于打印3D生物材料时，可以串联地布置任何数目的SLM和任何数目的DMD。当用于打印3D生物材料时，可以并联地布置任何数目的SLM和任何数目的DMD。

可以使用至少两个SLM和至少一个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少三个SLM和至少一个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少四个SLM和至少一个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少五个SLM和至少一个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少十个SLM和至少一个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少二十个SLM和至少一个DMD的组合来打印3D生物材料。

可以使用至少一个SLM和至少两个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少一个SLM和至少三个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少一个SLM和至少四个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少一个SLM和至少五个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少一个SLM和至少十个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少一个SLM和至少二十个DMD的组合来打印3D生物材料。

可以使用至少两个SLM和至少两个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少三个SLM和至少三个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少四个SLM和至少四个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少五个SLM和至少五个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少十个SLM和至少十个DMD的组合来打印3D生物材料。可以使用至少二十个SLM和至少二十个DMD的组合来打印3D生物材料。

在一些实例中，DMD可以不用于执行本公开内容的方法。在一些实例中，DMD可以用于执行过程的一些部分，而不是过程的所有部分。

可以使用液晶SLM打印3D生物材料。可以使用多个SLM来打印3D生物材料。多个SLM可以串联地布置。多个SLM可以并联地布置。可以使用至少一个或多个SLM来打印3D生物材料。可以使用至少两个或更多个SLM来打印3D生物材料。可以使用至少三个或更多个SLM来打印3D生物材料。可以使用至少四个或更多个SLM来打印3D生物材料。可以使用至少五个或更多个SLM来打印3D生物材料。可以使用至少十个或更多个SLM来打印3D生物材料。可以使用至少二十个或更多个SLM来打印3D生物材料。可以使用至少一个至约五十个或更多个SLM来打印3D生物材料。可以使用至少一个至约二十个或更多个SLM来打印3D生物材料。可以使用至少一个至约十五个或更多个SLM来打印3D生物材料。可以使用至少一个至约十个或更多个SLM来打印3D生物材料。可以使用至少一个至约五个或更多个SLM来打印3D生物材料。

可以使用多个DMD来打印3D生物材料。多个DMD可以串联地布置。多个DMD可以并联地布置。可以使用至少一个或多个DMD来打印3D生物材料。可以使用至少两个或更多个DMD来打印3D生物材料。可以使用至少三个或更多个DMD来打印3D生物材料。可以使用至少四个或更多个DMD来打印3D生物材料。可以使用至少五个或更多个DMD来打印3D生物材料。可以使用至少十个或更多个DMD来打印3D生物材料。可以使用至少二十个或更多个DMD来打印3D生物材料。

可以使用至少一个至约五十个或更多个DMD来打印3D生物材料。可以使用至少一个至约二十个或更多个DMD来打印3D生物材料。可以使用至少一个至约十五个或更多个DMD来打印3D生物材料。可以使用至少一个至约十个或更多个DMD来打印3D生物材料。可以使用至少一个至约五个或更多个DMD来打印3D生物材料。

在该光刻框架内，在SLM上显示的图案可以确定投影图像和可以在系统的打印区域中形成的物体。所显示的SLM图像可以是预期物体打印的空间频域图像。从概念上讲，这可以类似于目标投影图像的傅立叶变换。在数量上，超越简单傅立叶变换的优化是必要的。最常见的是，可以使用Gerchburg-Saxton算法来计算全息图，尽管还有许多其他能够合成全息图的算法。

本公开内容提供了用于生成全息图的方法，该方法可以包括将第一掩模施加至三维(3D)结构。该方法可以包括提供多个掩模和算法。该方法可以包括将评分分配给3D结构的体素。多个掩模和/或算法可以用于将评分分配给体素。多个掩模可以包括但不限于1个掩模、2个掩模、3个掩模、4个掩模、5个掩模或更多个掩模。所述多个算法可以包括但不限于1个算法、2个算法、3个算法、4个算法、5个算法或更多个算法。3D结构可以断裂成多个部分。可以将第二掩模应用于所生成的多个部分。这可能会生成全息图。生成的全息图可以是异质的。替代地，所生成的全息图可以不是异质的。出于实际目的，不希望有异质全息图。本公开内容中提供的方法可以进一步包括用于减少和/或消除全息图中的异质性的方法。第二掩模和/或第二算法可以用于减少全息图中的异质性。在一些情况下，第三掩模/算法或更多掩模/算法可用于减少全息图中的异质性，可改善全息图的一致性，并可以实现其他目的。

本公开内容提供了用于生成全息图的方法。该方法可以包括叠加第一能量束和第二能量束。第一能量束可以生成第一零级缺陷，第二能量束可以生成第二零级缺陷。第一零级缺陷和第二零级缺陷在全息图中可以不重叠。在一些情况下，第一零级缺陷和第二零级缺陷在全息图中可以重叠。该方法可以进一步包括更多的能量束。例如，可以使用3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个能量束。可能会生成更多个零级缺陷。例如，可能会生成3、4、5、6、7、8、9、10或更多个零级缺陷。所使用的束的数量和零级缺陷的数量并不意味着是限制性的。可能会生成的多个零级缺陷可能不会重叠。在一些情况下，零级缺陷可能会重叠。生成的全息图可以是小、中或大。该方法可以进一步包括零级缺陷阻挡和重叠的能量束投影的任何排列，使得零级缺陷可以是不重叠的并且可以生成3D全息图。生成的全息图可以是连续的。生成的全息图在其整个体积上可能是一致的。生成的全息图可以是小、中或大。例如，可以生成大的连续3D全息图。

零级缺陷可能源自给定空间光调制器(SLM)表面的未调制部分。系统中负责全息投影的每个SLM表面可能会产生唯一的零级缺陷。替代地，零级缺陷可能不是唯一的。SLM可以平铺或并行使用。与使用单个SLM的示例情况相比，并行使用SLM可以用于生成更大的全息图。并行使用SLM可能会增加过程的通量。可以在各种设置中配置多个SLM，并对其进行优化以实现各种目标。例如，可以投影SLM场的平铺或平行使用，从而可以生成独特的、不重叠的零级缺陷，诸如连续的打印区域。

本公开内容的方法可以包括同时生成多个三维(3D)结构。该方法可以包括将至少一个能量束引导到介质中。介质可包含一种或多种前体。介质可以进一步包含其他化学品。这可以生成多个3D结构。衍射元件可以被应用于至少一个能量束。然后可以将至少一个能量束作为可以对应于多个3D结构的多个3D投影引导到介质中。

在一些实例中，多个3D结构中的每个3D结构可以彼此相同。替代地，多个3D结构中的每个3D结构可以彼此相似。替代地，多个3D结构中的每个3D结构可以彼此略微不同。替代地，多个3D结构中的每个3D结构可以彼此不同。替代地，多个3D结构中的每个3D结构可以彼此实质上不同。替代地，多个3D结构中的每个3D结构可以彼此完全不同。

在一些情况下，可以使用衍射元件。在一些情况下，衍射元件可以是衍射分束器或次级空间光调制器(SLM)。

本公开内容的方法可以包括同时生成多个三维(3D)结构。该方法可以包括将至少一个能量束引导至包含一种或多种前体的介质中以生成多个3D结构；以及向所述至少一个能量束应用束转向装置。然后可以将至少一个能量束作为对应于多个3D结构的多个3D投影引导到介质中。

多个3D结构中的每个3D结构可以彼此相同。多个3D结构中的每个3D结构可以是重复的。多个3D结构中的每个3D结构可以彼此相似。替代地，多个3D结构中的每个3D结构可以彼此略微不同。替代地，多个3D结构中的每个3D结构可以彼此不同。替代地，多个3D结构中的每个3D结构可以彼此实质上不同。替代地，多个3D结构中的每个3D结构可以彼此完全不同。多个3D结构中的每个3D结构可以具有唯一的结构构造。

该方法可以进一步包括将空间光调制器(SLM)应用于至少一个光束。该方法可以包括使用束转向元件。SLM可以被定时以匹配束转向元件的位置。SLM可能会扩展可寻址的打印区域。

本公开内容的方法和系统可以用于打印3D物体如3D生物材料的多个层。该方法可以同时执行。替代地，方法可以不同时执行。例如，3D物体可以由聚合物材料、金属、金属合金、复合材料或其任何组合形成。3D物体可以由聚合物材料形成。3D物体可以包括生物材料(例如，一个或多个细胞或细胞组件)。可以通过将能量束(例如，激光)作为3D投影(例如，全息图)引导至聚合物材料的一种或多种前体来形成3D物体。这可以引起聚合(例如，光聚合)和/或交联以形成3D物体的至少一部分。这可以用于形成3D物体的多个层。可以同时或基本同时形成多个层。替代地，可以在不同的时间间隔内形成不同的部件。稍后可以将不同的部件彼此连接。替代地，这些部件可以不彼此连接。

本公开内容的方法可以包括打印生物材料。方法可以包括提供介质室。介质室可以包括第一介质。第一介质可包含第一多个细胞和一个或多个前体。第一前体可以是聚合物前体。可以根据用于打印3D生物材料的计算机指令，沿着至少一个能量束路径将至少一个能量束引导至介质室中的第一介质，以使介质室中的第一介质的至少一部分形成3D生物材料的第一部分。随后，可以在介质室中提供第二介质。该第二介质可包含第二多个细胞和第二聚合物前体。第二多个细胞可以是与第一多个细胞不同的类型。随后，可以根据计算机指令，沿着至少一个能量束路径将至少一个能量束引导至介质室中的第二介质，以使介质室中的第二介质的至少一部分形成3D生物材料的至少第二部分。

生物材料可以包括细胞。在一些情况下，在3D生物材料形成期间或之后或过程中的一些其他时间，可以使多个细胞的至少子集的至少一部分经历分化以形成至少两种不同类型的细胞。例如，可以通过使细胞暴露于药剂或使细胞经历诱导分化的条件来采用。替代地或附加地，可以使细胞经历去分化。

该方法和系统可以包括提供介质室。介质室可包含细胞。介质室可以被配置为容纳包含多个细胞的介质。细胞可以包括一种类型的细胞。细胞可以包含至少1、2、3、4、5、6、7或更多种类型的细胞。细胞可以是任何类型的细胞。细胞可以是贴壁细胞或悬浮细胞。细胞可以是健康或病变的细胞。细胞可以是癌细胞或干细胞。

介质可包含一种或多种前体。前体可以是聚合物前体。介质可包含可聚合材料。介质可以包含各种化学品。化学品可能以不同的比率存在。可以针对特定目的和应用调整和优化比率。

细胞可以包括内皮细胞、微脉管内皮细胞、周细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、内皮祖细胞、淋巴细胞、T细胞如辅助T细胞和细胞毒性T细胞、B细胞、自然杀伤(NK)细胞、网状细胞、肝细胞或其任何组合。第一细胞组和/或第二细胞组可以包括外分泌的分泌性上皮细胞、激素分泌细胞、上皮细胞、神经细胞、脂肪细胞、肾细胞、胰腺细胞、肺细胞、细胞外基质细胞、肌细胞、血细胞、免疫细胞、生殖细胞、间质细胞或其任何组合。

细胞可以包括外分泌的分泌性上皮细胞，其包括但不限于唾液腺粘液细胞、乳腺细胞、汗腺细胞如外泌汗腺细胞和顶泌汗腺细胞、皮脂腺细胞、II型肺泡细胞或其任何组合。

细胞可以包括激素分泌细胞，其包括但不限于垂体前叶细胞、垂体中叶细胞、大细胞神经分泌细胞、肠道细胞、呼吸道细胞、甲状腺细胞、甲状旁腺细胞、肾上腺细胞、莱迪希(Leydig)细胞、卵泡膜内层细胞、黄体细胞、肾小球旁细胞、致密斑细胞、极周细胞、系膜细胞、胰岛细胞(如α细胞、β细胞、δ细胞、PP细胞和ε细胞)或其任何组合。

细胞可以包括上皮细胞，其包括但不限于角化上皮细胞如角质形成细胞、基底细胞和毛干细胞、复层屏障上皮细胞(如复层鳞状上皮的表面上皮细胞、上皮的基底细胞和尿道上皮细胞)或其任何组合。

细胞可以包括神经细胞或神经元，其包括但不限于感觉换能器细胞、自主神经元细胞、周围神经元支持细胞、中枢神经系统神经元如中间神经元、纺锤体神经元、锥体细胞、星状细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞、室管膜细胞、神经胶质细胞或其任何组合。

细胞可以包括肾细胞，其包括但不限于壁细胞、足细胞、系膜细胞、远端小管细胞、近端小管细胞、亨利袢细段细胞、集合管细胞、间质肾细胞或其任何组合。

细胞可以包括肺细胞，其包括但不限于I型肺泡细胞、肺泡细胞、毛细血管内皮细胞、肺泡巨噬细胞、支气管上皮细胞、支气管平滑肌细胞、气管上皮细胞、小气道上皮细胞细胞或其任何组合。

细胞可以包括细胞外基质细胞，其包括但不限于上皮细胞、成纤维细胞、周细胞、软骨细胞、成骨细胞、骨细胞、骨原细胞、星状细胞、肝星状细胞或其任何组合。

细胞可以包括肌细胞，其包括但不限于骨骼肌细胞、心肌细胞、浦肯野纤维细胞、平滑肌细胞、肌上皮细胞或其任何组合。

细胞可以包括血细胞和/或免疫细胞，其包括但不限于红细胞、巨核细胞、单核细胞、巨噬细胞、破骨细胞、树突细胞、小胶质细胞、嗜中性粒细胞、嗜伊红细胞、嗜碱性粒细胞、肥大细胞、T细胞、辅助T细胞、抑制性T细胞、细胞毒性T细胞、自然杀伤性T细胞、B细胞、自然杀伤(NK)细胞、网织红细胞或其任何组合。

介质可以包含前体。前体可以是可聚合材料。前体可以是聚合物前体。可聚合材料可以包含生物相容的、可溶解的并且在一些情况下可以是生物惰性的可聚合单体单元。单体单元(或亚单元)可以响应于多光子激光束而聚合、交联或反应，从而产生针对于可生成的3D物体(例如，生物组织)的含细胞的结构，诸如细胞基质和基底膜结构。单体单元可以聚合和/或交联以形成基质。在一些情况下，可聚合单体单元可以包含胶原与其他细胞外基质组分的混合物，该其他细胞外基质组分包括但不限于弹性蛋白和透明质酸，其百分比取决于期望的组织基质而变化。

用于产生含细胞结构的细胞外基质组分的非限制性实例可以包括蛋白聚糖如硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素和硫酸角质素，非蛋白聚糖多糖如透明质酸，胶原蛋白，以及弹性蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白、巢蛋白，或其任何组合。这些细胞外基质组分可用丙烯酸酯、二丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、肉桂酰、香豆素、胸腺嘧啶或者其他侧基或化学反应性部分进行官能化，以促进由多光子激发直接诱导或由一种或多种化学掺杂剂的多光子激发诱导的交联。在一些情况下，可以将可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体与细胞外基质组分结合使用以产生含细胞结构。可光聚合的大分子单体的非限制性实例可以包括聚乙二醇(PEG)丙烯酸酯衍生物、PEG甲基丙烯酸酯衍生物和聚乙烯醇(PVA)衍生物。在一些情况下，用于产生含细胞结构的胶原可以是纤维状胶原如I型、II型、III型、V型和XI型胶原，facit胶原如IX型、XII型和XIV型胶原，短链胶原如VIII型和X型胶原，基底膜胶原如IV型胶原，VI型胶原，VII型胶原，XIII型胶原或其任何组合。

可以产生单体单元的特定混合物以改变聚合的生物凝胶的最终性质。该基础打印混合物可以包含合成的并且不是哺乳动物组织天然的其他可聚合单体，包括生物材料和合成材料的混合物。示例混合物可以包括约0.4％w/v的胶原甲基丙烯酸酯加上添加约50％w/v的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)。引导聚合的光引发剂可以在紫外线(UV)、红外线(IR)或可见光范围内是反应性的。这样的光引发剂的实例是曙红Y(EY)和三乙醇胺(TEA)，它们在组合时可以响应于暴露于可见光(例如，约390至700纳米的波长)而聚合。光引发剂的非限制性实例可包括偶氮二异丁腈(AIBN)、苯偶姻衍生物、苯并酮缩醇(benziketal)、羟烷基苯酮、苯乙酮衍生物、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TPT)、丙烯酰氯、过氧化苯甲酰、樟脑醌、二苯甲酮、噻吨酮和2-羟基-1-[4-(羟基乙氧基)苯基]-2-甲基-1-丙酮。羟烷基苯酮可以包括4-(2-羟基乙基乙氧基)-苯基-(2-羟基-2-甲基丙基)酮(295)、1-羟基环己基-1-苯甲酮(/>184)和2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(/>651)。苯乙酮衍生物可以包括2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)。噻吨酮可以包括异丙基噻吨酮。

可聚合材料可以是可聚合生物凝胶。聚合的材料可以是聚合的生物凝胶。为了本公开内容中的方法的目的，生物凝胶还可以是树脂、水凝胶、凝胶、聚合物、可聚合材料。在一些情况下，聚合的生物凝胶可以包含至少约0.01％的光引发剂。在一些情况下，聚合的生物凝胶可以包含约10％的光引发剂或更多。在一些情况下，聚合的生物凝胶包含约0.1％的光引发剂。在一些情况下，聚合的生物凝胶可以包含约0.01％至约0.05％、约0.01％至约0.1％、约0.01％至约0.2％、约0.01％至约0.3％、约0.01％至约0.4％、约0.01％至约0.5％、约0.01％至约0.6％、约0.7％至约0.8％、约0.9％至约1％、约0.01％至约2％、约0.01％至约3％、约0.01％至约4％、约0.01％至约5％、约0.01％至约6％、约0.01％至约7％、约0.01％至约8％、约0.01％至约9％或约0.01％至约10％的光引发剂。

在一些情况下，聚合的生物凝胶可以包含至多约10％的光引发剂。在一些情况下，聚合的生物凝胶可以包含至多约9％、至多约8％、至多约7％、至多约6％、至多约5％、至多约4％、至多约3％、至多约2％、至多约1％、至多约0.09％、至多约0.085％、至多约0.08％、至多约0.08％、至多约0.075％、至多约0.07％、至多约0.065％、至多约0.06％、至多约0.055％、至多约0.05％、至多约0.045％、至多约0.04％、至多约0.035％、至多约0.03％、至多约0.025％、至多约0.022％、至多约0.02％、至多约0.015％、至多约0.012％、至多约0.01％、至多约0.009％、至多约0.008％、至多约0.0075％、至多约0.007％、至多约0.0065％、至多约0.006％、至多约0.0055％、至多约0.005％、至多约0.0045％、至多约0.004％、至多约0.0035％、至多约0.003％、至多约0.0025％、至多约0.002％、至多约0.0015％至多约0.001％或更少。

聚合的生物凝胶可以包含约0.05％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含0.1％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约0.2％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约0.3％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约0.4％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约0.5％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约0.6％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约0.7％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约0.8％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约0.9％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约1％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约1.1％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约1.2％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约1.3％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约1.4％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约1.5％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约1.6％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约1.7％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约1.8％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约1.9％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约2％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约2.5％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约3％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约3.5％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约4％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约4.5％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约5％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约5.5％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约6％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约6.5％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约7％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约7.5％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约8％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约8.5％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约9％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约9.5％的光引发剂。聚合的生物凝胶可以包含约10％的光引发剂。

在一些情况下，聚合的生物凝胶可以包含至少约10％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。在一些情况下，聚合的生物凝胶可以包含约99％或更多的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。在一些情况下，聚合的生物凝胶可以包含约50％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。在一些情况下，聚合的生物凝胶可以包含约10％至约15％、约10％至约20％、约10％至约25％、约10％至约30％、约10％至约35％、约10％至约40％、约10％至约45％、约10％至约50％、约10％至约55％、约10％至约60％、约10％至约65％、约10％至约70％、约10％至约75％、约10％至约80％、约10％至约85％、约10％至约90％、约10％至约95％或约10％至约99％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约40％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约45％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约50％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约55％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约60％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约65％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约70％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约75％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约80％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约85％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约90％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约95％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约96％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约97％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约98％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约99％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。

聚合的生物凝胶可以包含约10％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约15％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约20％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约25％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约30％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约35％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约40％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约45％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约50％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约55％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约60％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约65％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约70％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约75％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约80％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约85％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约90％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约95％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约96％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约97％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约98％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。聚合的生物凝胶可以包含约99％的可光聚合的大分子单体和/或可光聚合的单体。

在一些实例中，3D物体可以包括金属或金属合金，诸如例如，金、银、铂、钨、钛或其任何组合。在这样的情况下，可以通过烧结或熔化金属颗粒来形成3D物体，如可由例如通过将能量束(例如，激光束)引导至包含金属或金属合金的颗粒的粉末床所实现的。在一些情况下，可以通过将这样的能量束作为3D投影(例如，全息图)引导至粉末床中以促进颗粒的烧结或熔化来形成3D物体。这可以用于同时形成3D物体的多个层。3D物体可以由有机材料如石墨烯形成。3D物体可以由无机材料如聚硅氧烷形成。在这样的情况下，可以通过烧结或熔化有机和/或无机颗粒来形成3D物体，如可由例如通过将能量束(例如，激光束)引导至包含有机和/或无机材料的颗粒的粉末床所实现的。在一些情况下，可以通过将这样的能量束作为3D投影(例如，全息图)引导至粉末床中以促进有机和/或无机颗粒的烧结或熔化来形成3D物体。

方法可以包括在全息照相过程之前或期间在一些点使可聚合单体单元与催化剂混合或反应。例如，可以在该方法之前将催化剂与可聚合的单体单元混合，在这种情况下，可以将其称为预混合或预反应。替代地，这可以在处理期间完成。

混合可以集成到该过程中。诸如催化剂的试剂或其他试剂可以被输送到一些反应点并混合。可以使用附加装置来执行试剂添加和/或混合或将其集成到过程中。例如，可以使用各种配置将不同类型的微流体装置和微芯片结合到设置中以执行试剂添加和混合。可以使用计算机指令自动添加和/或混合试剂。过程集成、并行化、自动化和/或其组合可以增加方法的通量和/或准确性。

在一些情况下，光引发剂的吸收波长可能不同。这可以允许以不同的波长进行打印以在介质室内同时形成不同的基于基底的结构元件。可以通过将激光器的激发波长调谐到特定波长来生成期望的结构元件。可以通过将另一或同一激光器调谐到可以与以更高的效率引发一种材料基底的聚合的不同光引发剂相互作用的不同激发波长来在现有元件周围生成其他结构元件。类似地，不同的波长可以用于不同的结构元件，其中在一些位置可能期望增加的刚度，而在其他位置可能期望柔软或弹性的结构。由于可聚合材料的不同物理性质，通过以电子方式调谐激光的激发波长、通过在不同激光器之间切换或通过同时投影两个不同的波长，可以在相同的打印步骤中使用相同的细胞产生更具刚性、更柔软或更具弹性的结构。

双光子吸收可能是非线性的，并且可能无法基于化学物质的单光子吸收特性准确地预测或计算。光反应性化学物质可以在单光子吸收的两倍或附近具有双光子吸收的峰值，或者在吸收光谱中轻微红移。因此，通过激发聚合反应的催化剂例如EY或TEA的混合物，可以使用900纳米或约900纳米至约1400纳米的波长进行单体材料的聚合。单波长聚合可能足以产生所有结构元件，但是为了进一步加速打印过程，可以通过同一打印设备并进入同一打印室同时采用多个波长。可以提供和/或使用计算机指令来执行这样的调整。

在一些实例中，细胞和/或组织可以抵靠介质室的底部平齐地打印。这样的设计可以允许打印的组织的容易运输和/或它们在激光打印头(聚焦物镜)下的定位。该系统可以是封闭系统。封闭的系统可能会导致无菌。使用这样的封闭系统可以允许介质交换和/或打印在不暴露于室内空气的情况下发生。这可能是期望的，因为暴露于室内空气会将感染剂引入细胞培养基中，这可能破坏或在一些情况下完全摧毁有用组织的发育。

本公开内容提供了一种用于处理三维(3D)物体的计算机表示的方法。计算机表示可以由计算机处理以生成3D物体的第一多个部分。3D物体的部分可能具有不同的体积。替代地，这些部分可以具有相似的体积，或者可以具有基本上相似的体积。生成的部分可以由计算机进一步处理以生成第二多个部分。第二多个部分可具有基本相同的体积。替代地，第二多个部分可以具有不同的体积。第二多个部分可以用于生成用于生成3D物体的打印指令。

该方法可包括提供计算机指令。计算机指令可以包括打印指令。计算机指令可以对应于3D生物材料的计算机模型或表示。计算机指令可以是计算机模型的一部分。计算机指令可以包括一个算法或多个算法。计算机指令可以包括对应于3D生物材料的图像的集合。

本文描述的方法可以包括提供打印指令。打印指令可以包括计算机指令。计算机指令可以是计算机程序、模型、算法、软件等。本文描述的计算机表示可以包括点云表示或基于线的表示。

本文所述的系统可以包括可操作地耦合到至少一个能量源和/或至少一个光图案化元件的一个或多个计算机处理器。计算机模型的点云表示或基于线的表示可以是全息点云表示或全息基于线的表示。一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程以使用光图案化元件重新投影由至少一个能量源照亮的全息图像。

在一些情况下，一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于将点云表示或基于线的表示转换为图像。一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于以全息方式投影图像。一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于将图像投影为全息图。一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于将图像投影为部分全息图。在一些情况下，一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于经由算法变换将完整图像集合的点云表示或基于线的表示转换为一系列全息图像。然后，可以通过光图案化元件如空间光调制器(SLM)或数字镜器件(DMD)，通过该系统依次投影该经变换的图像集合，从而利用以2D和/或3D同时分布的投影光在打印室内重新产生投影图像。可以将扩展或加宽的激光束投影到用作全息图像的投影系统的SLM和/或DMD上。在一些情况下，一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于以全息方式投影图像。在一些情况下，一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于一次投影全部图像，或者作为视频连续播放，从而以全息方式形成更大的3D结构。

打印可以包括激光打印。在细胞结构的激光打印中，使用毒性最小的激光激发快速生成三维结构对于维持细胞活力可能很重要。在功能性组织打印的情况下，可能需要大尺寸、高分辨率、多细胞组织生成。双光子打印的其他方法可以依赖于在二维平面(x,y)中对双光子激发进行光栅扫描(例如，选择性激光烧结)，同时在z方向上移动显微镜或台以产生三维结构。该技术对于大幅面多细胞组织打印可能会过慢，使得不太可能在复杂结构的打印期间维持细胞活力。某些具有高聚合速率的水凝胶也可以用于组织片的二维投影，该组织片是定时的使得每一步都在x、y或z平面上投影结构的一个切片。附加地，还可以利用表示片或包括正交切片的混合平面角。在快速聚合水凝胶的情况下，这些投影可以在与组织打印相容的时间尺度上起作用，而激光烧结或光栅扫描(例如，逐层沉积)对于构建复杂结构可能会过慢。

本公开内容的方法可以包括提供和使用激光打印系统。激光系统可以配备有物镜，物镜可以允许在横向和轴向平面上聚焦三维或二维全息投影，以快速产生含细胞的结构。物镜可以是水浸没式物镜、空气物镜或油浸没式物镜。在一些情况下，激光打印系统可以包括具有多条激光线的激光系统，并且可以能够经由全息投影到含细胞的介质中来进行图像的三维全息投影用于光刻。

方法可以包括投影多维(例如，2D和/或3D)全息图像或全息图。可以将能够使介质光聚合的激光被投影为全息图，激光可以沿着投影的激光路径使介质光聚合、固化、交联、结合、硬化和/或改变介质的物理特性。激光可以允许打印3D结构。全息照相术可能需要光源如激光或相干光源来产生全息图像。全息图像可以随时间恒定或随时间变化(例如，全息视频)。此外，可以使用附加元件来执行本文描述的方法。例如，可以使用快门来打开或阻挡激光路径，可以使用分束器将激光分裂成分开的路径，可以使用反射镜来引导激光路径，可以使用发散透镜来扩展光束，并且可以根据需要使用附加的图案化或光引导元件。可以以各种方式、各种顺序和各种设置来配置和设置这样的元件以执行该方法。所描述的元件都不是必需的。替代地，在一些情况下，一个或多个所描述的元件可以不用于执行本公开内容的方法。例如，在一些情况下，可以在不使用镜子或其他元件的情况下执行该方法。

可以通过用发散透镜扩展激光束并将扩展后的激光束引导至全息图和/或至少一个图案形成元件(诸如例如，SLM)上来产生物体的全息图像。图案形成元件可以将包括全息图像的图案编码为激光束路径。图案形成元件可以将包括部分全息图的图案编码为激光束路径。随后，可以将图案引导向并聚焦在包含打印材料(即，包含多个细胞和聚合物前体的介质)的介质室中，在该介质室中可以激发在打印材料中(即，在介质中)发现的光反应性光引发剂。随后，光反应性光引发剂的激发可以导致基于聚合物的打印材料的光聚合，并以期望的图案(即，全息图像)形成结构。在一些情况下，一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于通过沿不同的能量束路径引导能量源来投影全息图像。

在一些情况下，至少一个能量源可以是多个能量源。多个能量源可以引导多个至少一个能量束。能量源可以是激光器。在一些实例中，激光器可以是纤维激光器。例如，纤维激光器可以是具有活性增益介质的激光器，该活性增益介质包括掺杂有稀土元素诸如例如，铒、镱、钕、镝、镨、铥和/或钬的光纤。能量源可以是短脉冲激光器。能量源可以是飞秒脉冲激光器。飞秒脉冲激光器可以具有小于或等于约500飞秒(fs)、约250fs、约240fs、约230fs、约220fs、约210fs、约200fs、约150fs、约100fs、约50fs、约40fs、约30fs、约20fs、约10fs、约9fs、约8fs、约7fs、约6fs、约5fs、约4fs、约3fs、约2fs、约1fs或更小的脉冲宽度。飞秒脉冲激光器可以是例如钛:蓝宝石(Ti:Sa)激光器。至少一个能量源可以衍生自相干光源。

该方法可包括提供光源。光源可以包括相干光源。相干光源可以提供具有约300纳米(nm)至约5毫米(mm)的波长的光。相干光源可以包括约350nm至约1800nm或约1800nm至约5mm的波长。相干光源可以提供具有至少约300nm、约400nm、约500nm、约600nm、约700nm、约800nm、约900nm、约1mm、约1.1mm、约1.2、约mm、约1.3mm、约1.4mm、约1.5mm、约1.6mm、约1.7mm、约1.8mm、约1.9mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm或更大的波长的光。

该系统还可以包括至少一个物镜，用于将至少一个能量束引导至介质室中的介质。在一些情况下，至少一个物镜可以包括水浸没式物镜。在一些情况下，至少一个物镜可以包括水浸没式物镜。在一些情况下，至少一个物镜可以包括水浸渍式物镜。在一些情况下，至少一个物镜可以包括油浸没式物镜。在一些情况下，至少一个物镜可以包括消色差物镜、半复消色差物镜、plan物镜、浸没式物镜、惠更斯物镜、拉姆斯登物镜、periplan物镜、补偿物镜、宽场物镜、超场物镜、聚光镜物镜或其任何组合。聚光镜物镜的非限制性示例可以包括阿贝聚光镜、消色差聚光镜和通用聚光镜。

打印指令可以用于打印3D物体。可以根据打印指令通过固化树脂来打印3D物体。可以根据所述打印指令通过聚合介质来打印树脂。可以根据所述打印指令通过聚合介质来打印所述3D物体。

树脂可以包括一种或多种化学品。化学品可包括聚合物、前体、聚合物前体、单体单元、可聚合材料等。可以将不同的化学品结合并混合以制成树脂。可以出于不同目的更改和修改树脂。可以调整、优化或改变树脂的化学性质。一些树脂可能需要光能以便干固。在一些情况下，树脂或可聚合材料可能不需要光源即可干固。对于期望的应用，可以单独或组合使用不同类型的树脂以执行本公开内容的方法。

第二多个部分可以是3D物体的全息表示的一部分。全息表示可以是整个体积上的图案化3D全息投影。全息表示可以是在整个体积中同时生成被图案化为3D全息投影的多个点。可以使用至少一个空间光调制器来生成全息表示。可以在不使用数字微镜设备的情况下生成全息表示。3D物体可以是无定形3D物体。第二多个部分中的每个可以互锁。第二多个部分中的每个可以被重新组装以产生类似拼图的锁。在一些情况下，可以根据每个形状的紧密性来选择第一多个部分的形状和/或第二多个部分的形状。可以使用聚类算法选择部分的形状。该方法可以进一步包括使用数据挖掘技术。聚类算法可以是k均值算法。聚类算法可以是分层聚类算法。该方法可以包括基于连接性、基于质心、基于分布以及其他类型的聚类。该方法可以包括分区方法。该方法可以包括模糊聚类。该方法可以包括基于密度的聚类。该方法可以包括基于模型的聚类。该方法可以包括机器学习。该方法可以包括数据挖掘。可以使用各种类型的机器学习、数据挖掘和聚类分析技术。

本公开内容的方法可以包括提供用于处理三维(3D)物体的计算机表示的系统。该系统可以包括计算机存储器，其被配置为存储所述3D物体的所述计算机表示；以及可操作地耦合到计算机存储器的一个或多个计算机处理器。一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于从计算机存储器获得3D物体的计算机表示，并且处理该计算机表示以生成3D物体的第一多个部分。所述第一多个部分可以具有不同的体积。替代地，第一多个部分可以具有相似、相同或相近的体积。然后可以对第一多个部分进行处理以产生第二多个部分。第二多个部分可具有基本相同的体积。替代地，第二多个部分可以具有不同的体积或略微不同的体积。第一多个部分和第二多个部分的体积并不意味着是限制性的。第二多个部分可以用于生成用于生成3D物体的打印指令。该系统可以进一步包括被单独地或共同地编程为使用打印指令来打印3D物体的一个或多个计算机处理器。可以根据打印指令通过固化树脂来打印3D物体。可以根据所述打印指令通过聚合介质来打印所述3D物体。第二多个部分可以是3D物体的全息表示的一部分。全息表示可以是整个体积上的图案化3D全息投影。全息表示可以是在整个体积中同时生成被图案化为3D全息投影的多个点。可以使用至少一个空间光调制器来生成全息表示。可以在不使用数字微镜设备的情况下生成全息表示。

在一些情况下，本公开内容的方法可以进一步包括生成相位空间全息图。可以通过将相位空间变换应用于第一多个部分来生成相位空间全息图。相位空间变换可以是平移操作。

相位空间可以包括相位的数学定义。相位空间可以包括相位的波定义。相位可以是周期函数F的相位。F(t)可以是变量的函数，诸如t。相位可以表示为一个角度，诸如φ(t)，其比例是随着变量t经过每个周期(并经过每个完整的周期)而变化一整圈。因此，如果用度表示相位，则随着t增加一个周期，相位将增加360°。如果用弧度表示相位，则t的相同增加将使相位增加2π。在平面波光学器件中，相位可以是一个角度。

可以使用平移运算符执行平移操作。平移运算符可以是数学运算符。可以将平移运算符定义为在特定方向上将位置和/或向量和场移动特定量。对于函数F(t)，可能有一个对应的平移运算符T(F(t))，该运算符将位置、向量和/或场移动了一个示例量，例如δ。例如，T(F(t))＝F(t+δ)。

3D物体可以是无定形3D物体。第二多个部分中的每个可以互锁。第二多个部分中的每个可以被重新组装以产生类似拼图的锁。

本公开内容提供了一种生成连续全息图的方法。该方法可以包括叠加第一能量束和第二能量束，使得所述第一能量束生成第一零级缺陷，并且所述第二能量束生成不与所述第一零级缺陷重叠的第二零级缺陷，以产生所述连续全息图。

至少一个能量束可以作为图像或图像集合来引导。图像或图像集可以固定或随时间改变。至少一个能量束可以作为视频来引导。至少一个能量束可以作为全息图像或视频来引导。这可以使介质中的不同点同时暴露于至少一个能量束，这可以同时在多个层诱导聚合物基质的形成(例如，通过聚合)。在一些情况下，可以使用例如空间光调制器(SLM)在不同的焦点处将3D图像或视频投影到介质中。

在一些实例中，至少一个能量束是至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、100个或更多个能量束。至少一个能量束可以是相干光或包括相干光。在一些情况下，至少一个能量束是激光束。

该方法可包括提供计算机指令。所述计算机指令可以包括算法。计算机指令可以对应于3D生物材料的计算机模型或表示。计算机指令可以是计算机模型的一部分。计算机指令可以包括对应于3D生物材料的图像的集合。计算机指令可以包括和/或引导根据3D生物材料形成期间的时间的至少一个能量束的一个或多个参数的调整，诸如例如，向至少一个能量束的来源施加功率(例如，开/关激光)。可以根据与3D生物材料相对应的图像或视频(例如，全息图像或视频)进行这样的调整。替代地或附加地，计算机指令可以包括和/或引导3D生物材料形成于其上的台的位置的调整。

连续全息图可用于打印三维(3D)物体。可以通过固化树脂来打印3D物体。可以通过聚合介质来打印3D物体。

连续全息图可以是三维(3D)物体的全息表示。全息表示可以是整个体积上的图案化3D全息投影。全息表示可以是在整个体积中同时生成被图案化为3D全息投影的多个点。可以使用至少一个空间光调制器来生成全息表示。可以在不使用数字微镜设备的情况下生成全息表示。

该方法可以进一步包括零级缺陷阻挡和重叠的能量束投影的任何排列，使得零级缺陷可以是不重叠的并且可以生成大的连续3D全息图。第一能量束和第二能量束可以对准。第一能量束和第二能量束可以被分别处理。

该方法可以进一步包括阻挡零级缺陷。零级缺陷可能会被物理阻挡。零级缺陷可能在图像平面内或图像平面附近被阻挡。例如，来自零级缺陷的光可以在图像平面内或图像平面附近被物理阻挡。该方法可以包括使用角度选择光学器件来排斥所述零级缺陷。角度选择光学器件可以是例如体积布拉格光栅。

该方法可以进一步包括设置所述第一能量束和所述第二能量束的强度，使得所述第一能量和所述第二能量束中的每个可以具有足够的能量以将所述第一零级缺陷和所述第二零级缺陷暴露于所述第一能量束或所述第二能量束。所述第一能量束和所述第二能量束中的每个可以向可能存在于所述第一能量束或所述第二能量束的打印区域内的所述第一零级缺陷或所述第二零级缺陷中的任一个施加增加的强度。

本公开内容提供了用于生成连续全息图的系统。该系统可以包括至少一个能量源，其被配置为引导第一能量束或第二能量束。该系统可包括可操作地耦合到至少一个能量源的一个或多个计算机处理器。所述一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程以叠加所述第一能量束和所述第二能量束，使得所述第一能量束生成第一零级缺陷，并且所述第二能量束生成可以不与所述第一零级缺陷重叠的第二零级缺陷，以产生所述连续全息图。一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于接收3D生物材料的边缘的图像。一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于接收3D生物材料的外表面的图像。一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于接收3D生物材料的内表面的图像。一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于接收3D生物材料的内部的图像。

一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于引导3D生物材料与其他组织的连接，其中这种连接可以根据计算机指令。一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于将3D打印材料与已打印的结构直接或间接连接、合并、结合或焊接，该连接根据计算机模型。在一些情况下，将3D生物材料与其他组织连接可能涉及化学交联、机械连接和/或粘结耦合。

连续全息图可用于打印三维(3D)物体。可以通过固化树脂来打印3D物体。可以通过聚合介质来打印3D物体。连续全息图可以是三维(3D)物体的全息表示。全息表示可以是整个体积上的图案化3D全息投影。全息表示可以是在整个体积中同时生成被图案化为3D全息投影的多个点。可以使用至少一个空间光调制器来生成全息表示。可以在不使用数字微镜设备的情况下生成全息表示。

零级缺陷的任何排列可能会阻挡和重叠能量束投影，使得零级缺陷可以是不重叠的并且可以生成大的连续3D全息图。第一能量束和第二能量束可以对准。第一能量束和第二能量束可以被分别处理。

该方法进一步包括设置所述第一能量束和所述第二能量束的强度，使得所述第一能量和所述第二能量束中的每个可以具有足够的能量以将所述第一零级缺陷和所述第二零级缺陷暴露于所述第一能量束或所述第二能量束。所述第一能量束和所述第二能量束中的每个可以向可能存在于所述第一能量束或所述第二能量束的打印区域内的所述第一零级缺陷或所述第二零级缺陷中的任一个施加增加的强度。

本公开内容提供了一种用于同时打印多个三维(3D)物体的方法。该方法可以包括将与多个3D物体相对应的多个全息投影引导到可以包括一个或多个前体的介质中，以生成多个3D物体。

可以通过将至少一个能量束引导到衍射元件中来产生所述多个全息投影。衍射元件可以是衍射分束器或次级空间光调制器(SLM)。可以通过将束转向装置应用于至少一个能量束来产生所述多个全息投影。

多个3D物体中的各个3D物体可以彼此基本相同。替代地，多个3D物体中的各个3D物体可以彼此略微不同。替代地，多个3D物体中的各个3D物体可以彼此基本上不同。替代地，多个3D物体中的各个3D物体可以彼此完全不同。

多个3D物体中的3D物体可以选自支架、网、脉管系统结构、移植物、细胞封装外壳、结构支撑物、光子结构、微流体结构和微机电结构。多个3D物体中的各个3D物体可以是3D结构的一部分。

该方法可以进一步包括组合单独的3D物体以产生所述3D结构。多个全息投影可以是整个体积中的多个图案化全息投影。多个全息投影可以是在整个体积上被图案化为多个全息投影的多个同时生成的点。可以使用至少一个空间光调制器来生成多个全息投影。可以在不使用数字微镜装置的情况下生成多个全息投影。

本公开内容提供了一种用于同时打印多个三维(3D)物体的系统。该系统可以包括一个或多个计算机存储器，其被配置为存储与所述多个三维(3D)物体相对应的多个全息投影的计算机表示，配置用于含有介质的介质室，所述介质包含一种或多种前体，配置用于将至少一个能量束引导至所述介质室的至少一个能量源，以及可操作地耦合到至少一个能量源的一个或多个计算机处理器。一个或多个计算机处理器可以被单独地或共同地编程用于从所述计算机存储器获得与所述多个三维(3D)物体相对应的所述多个全息投影的所述计算机表示，以及将与所述多个3D物体相对应的多个全息投影引导到包括一个或多个前体的所述介质中，以生成所述多个3D物体。

可以通过将至少一个能量束引导到衍射元件中来产生所述多个全息投影。衍射元件可以是衍射分束器或次级空间光调制器(SLM)。可以通过将束转向装置应用于至少一个能量束来产生所述多个全息投影。

多个3D物体中的每个单独的3D物体可以彼此基本相同。替代地，多个3D物体可以彼此略微不同。替代地，多个3D物体可以彼此基本上不同。替代地，多个3D物体可以彼此完全不同。

多个3D物体中的3D物体可以选自支架、网、脉管系统结构、移植物、细胞封装外壳、结构支撑物、光子结构、微流体结构和微机电结构。多个3D物体中的每个单独的3D物体可以是3D结构的一部分。该方法可以进一步包括组合单独的3D物体以产生所述3D结构。

多个全息投影可以是整个体积中的多个图案化全息投影。多个全息投影可以是在整个体积上被图案化为所述多个全息投影的多个同时生成的点。可以使用至少一个空间光调制器来生成多个全息投影。可以在不使用数字微镜装置的情况下生成多个全息投影。

本公开内容提供了用于将三维(3D)形状划分成可以使用全息投影打印机来打印的部分的方法和系统。3D形状可以是任意的3D形状。

全息投影打印系统的通量可能取决于各种因素。为了能够打印不均匀的结构，可以在打印过程中改变全息图。全息图的更新频率可能取决于用于创建全息图的硬件以及描述它的数据流。系统的效率可以根据投影角度而变化。结果，可用于一个角度的激光功率可能不适用于另一角度。因此，可能需要基于投影的角度和深度来平衡激光功率以确保一致的打印结构。

可以使用光学硬件来生成全息图。生成的全息图可以具有高分辨率。替代地，全息图可以具有中等分辨率。替代地，全息图可以具有中等或低分辨率。全息图的分辨率可能会受到用于生产全息图的光学硬件的限制，这也可能会限制全息图投影的体积。在保持高对比度全息投影和/或高分辨率全息投影的同时，可以实现设定的全息图体积。可替代地，在实现全息投影的设定体积的同时，可以不维持高对比度和/或高分辨率。

激光束可以用于打印。系统通量可能取决于激光束的特性。可以选择激光波长以匹配打印介质的单光子或多光子吸收带。多光子可以是至少2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个光子。替代地，多光子可以小于10、9、8、7、6、5、4、3个或更少的光子。吸收带可以是多光子吸收带。

激光器的功率可以被调制和调整。可以针对不同目的优化激光器的功率。激光的功率可能足够高以固化树脂。可以调整激光的功率以达到期望的固化水平。固化可以是部分或完全的。固化可能会在定义的位置发生。或者，固化可能会在随机位置发生。例如，可以将激光的功率选择为位于发生打印的区域内。打印可能以不同的速率发生。固化速率可以与打印速率相关。该过程可以称为光聚合。可以通过调整激光器的功率来调整打印速率。激光的功率可能足够高以一定速率固化树脂。固化速率可以是高、中或低。固化速率并不意味着是限制性的。

激光束暴露可能会引起其他可能需要的事件。替代地，其他事件可能是不期望的。不期望的事件的一个实例可能是树脂的降解。树脂的降解可能是化学过程。树脂的降解可能是物理过程。树脂的降解可能会导致树脂材料的化学、物理或物理化学性质发生变化。在一些情况下，激光束的功率可能会高于示例阈值，这可能会导致树脂降解。在一些情况下，激光束的功率可能高于某个阈值，这可能导致树脂降解。在一些实例中，曝光时间(树脂被暴露于激光束的时间的持续时间)可以高于特定时间段，这可能导致树脂降解。此事件可以称为过度曝光。通过优化激光功率和/或曝光时间可以避免过度曝光。

该激光器可以是脉冲激光器。可以对脉冲激光器进行编程，以在定义的时间间隔内以设置的功率生成特定的激光曝光脉冲。脉冲激光可以用于多光子吸收。可以通过改变激光的脉冲能量和重复率来调整激光功率。

本公开内容提供了一种通过全息打印系统在全息投影的整个打印过程中平衡可用激光功率的方法。可以使用恒定的激光功率。替代地，可以使用可变的激光功率。激光功率太低可能导致要沉积的结构失效(例如，全息打印)。激光功率过高可能会损坏并变形要沉积的结构(例如，全息打印)。可以优化激光功率和曝光时间间隔以实现期望的目标和/或避免不期望的事件。

全息投影打印机可将激光投射并聚焦到定义的体积(“部分”)中。该方法可以包括提供用于打印更大体积(“形状”)的指令。一系列全息图可用于打印大形状。一系列全息图可用于打印小、中或大的形状。要打印的形状的尺寸或打印物体的尺寸并不意味着是限制性的。可以将要打印的期望形状分为多个部分。替代地，要打印的期望形状可以不被分成多个部分。可以将要打印的期望形状分为多个部分，同时保持恒定的激光曝光。替代地，在将要打印的形状分成多个部分时，可能无法保持恒定的激光曝光。激光器的功率可以被调制。调制激光器的功率可能会对打印速度造成一些限制。激光功率的刷新率可能会影响打印速度。这可能会导致断电。

图1示意性地示出了用于执行本公开内容的方法的示例过程。方法可以包括生成模型化的形状。模型化的形状可用于生成部件。该部件可用于生成全息图。全息图可以被转换成全息投影。全息投影可以用于生成图像。该图像可用于打印部件。部件可用于生成最终的打印形状。

本文提供的方法可以包括修改和优化全息图而不是激光特性，以确保均匀的曝光。该方法可以包括在不需要调制激光功率的情况下修改全息图和/或分割全息图。替代地，如果需要，还可以调制激光功率。该方法可以包括可以代表要打印的形状的体素化3D模型。该模型可以使用许多不同的数据类型来表示要打印的形状。描述模型的矩阵中的每个非零条目可能对应于要打印的体素，包括离散化(矩阵、CSV等)，图像(TIF、PNG等)和向量(STL、SVG、EPS等)格式。

当将计算机辅助绘图(CAD)模型用作模型生成的输入时，描述的处理方式可能最为有用。当CAD数据格式(诸如STL(也称为立体光刻或标准三角语言)文件类型)使用向量化数据格式描述模型时，可能会造成技术问题。在这种格式内，形状可以表示为多边形(通常是三角形)的集合，这些多边形可以组成可以描述模型表面的网格。模型处理可以在离散模型上完成。该模型可以描述为大小相等的立体体素的3D排列(或矩阵)。基于向量的模型到离散模型的互转换可以是非平凡的互转换。在图22中示意性地示出了包括使用STL模型的示例方法。可以从STL文件中选择一个三角形。可以在三角形周围创建3D边界体积。该体积可以离散为体素。可以使用相交算法来确定示例体素是否包含与示例三角形的相交。包含相交的体素可以制成表格。包含或相交体素的多边形表可以被解析以生成体素化的2D/3D模型。

该方法可以包括划分3D模型。划分可以包括离散化和/或体素化。该方法可以包括对3D模型进行体素化。该方法可以包括分割3D模型。离散化3D模型可以包括计算机处理3D模型以生成要离散化和/或划分和/或体素化的3D模型的多个形状表示。该方法可以进一步包括评估每个生成的形状表示以生成/产生模型评估。可以基于模型评估来解析3D模型。这可能会导致离散化和/或体素化和/或划分的3D模型。3D模型可以是基于向量的3D模型。

本文描述的形状表示可以包括多边形形状表示(多边形表示)。多边形形状表示可以包括至少一个多边形。多边形表示可以包括多个多边形。本文描述的形状表示可以包括三角形形状表示(三角形表示)。三角形表示可以包括至少一个三角形。三角形表示可以包括多个三角形。

本文描述的形状表示可以包括形状描述符。在一些情况下，可以为每个形状表示建立索引。形状表示可以包括概率分布。在一些实例中，概率分布可以包括3D模型的表面上的成对的随机选择的点之间的欧几里得距离。形状表示可以包括反射对称描述符。形状表示可以包括球谐函数和骨架图。

3D模型可以包括基于向量的3D模型。基于向量的3D可以包括多个向量。多个向量可以包括至少一个向量。可以向多个形状表示中的每个分配边界体积。每个边界体积可以包括多个子体积。多个子体积可包括至少一个子体积。边界体积可以包括形状表示，诸如多边形或三角形。每个子体积可包括多个分区。多个分区可以包括至少一个分区。分区可以是体素。

该方法可以进一步包括评估多个子体积中的每个子体积。该方法可以进一步包括基于对每个子体积执行的评估，通过迭代机制/算法重新计算边界体积。多个子体积中的每个子体积可以对应于模型评估的分辨率的尺寸的长方体。

该方法可以进一步包括执行每个分区的评估，以确定每个分区是否与形状表示相交，以便识别多个相交的分区。评估可以包括评估包含在多个子体积的每个子体积内的多个向量的交点。该方法可以包括评估位于所述多个子体积的面和顶点上的向量。该方法还可以包括不存在于所述多个子体积的面和顶点上的向量。评估向量可以不限于存在于所述多个子体积的面和顶点上的向量。该方法可以进一步包括将多个相交的分区存储在哈希表中。可以沿着感兴趣平面解析哈希表以生成多个切片。多个切片可以生成表面模型。解析哈希表可以用于生成多维模型。多维模型可以是例如2D模型和/或3D模型。多维模型可以是实体模型。

切片可以被解析以找到产生表面模型的相交表面。可以使用算法填充表面模型以生成实体模型。多个分区可以是多个体素。

例如，本公开内容的方法可以包括通过离散化各个三角形来提供离散化的基于向量的模型。其示例在图22中示意性地示出。该方法可以包括并行处理，该并行处理在实施时可以提供加速。可以从可以包含在基于向量的3D模型中的多个三角形中选择诸如三角形的计算表示。可以选择可能包含三角形的最小长方体作为计算的边界体积。在一些情况下，可以选择可以完全包含三角形的最小长方体作为计算的边界体积。可以这样做以限制评估每个三角形(或其他类型的形状表示)可能需要的计算量。边界体积可以细分为体素。测试每个体素以确定其是否与三角形平面相交；该步骤可以用多种算法来完成，包括但不限于计算向量平面交点。如果找到交点，则将体素记录在哈希表中。然后，为模型中的每个三角形完成此过程。此计算的最终结果是一个哈希表，其中包含与模型表面相交的所有体素。可以解析该哈希表以提供离散化模型数据的基于矩阵的表示。结果将是模型所有表面的完整离散化表示。如果需要实体表示(通常是3D打印和类似应用的情况)，则可以填充表面以产生建模物体的实体表示。应当注意，以三角形计算机表示为例进行了讨论，并且计算机表示不限于三角形表示。相反，各种类型的形状表示可用于离散化、划分和/或体素化3D模型，诸如基于向量的3D模型。

本公开内容提供了用于生成体素化3D模型的方法，该体素化3D模型可以被划分为由包括显著的x，y和z体积的3D切片或平面表示的体积。3D切片或平面可以是跨x，y和z平面的无定形3D形状。可以使用全息投影打印机投影3D切片或平面。在一些情况下，整个模型中每个平面的体素数量可能保持恒定。然而，对于任意模型，在一些情况下，整个模型中每个平面的体素数量可能无法保持恒定。在这种情况下，高功率激光器从较大体积投影到较小体积可能会导致结构不一致。通过使用给定的一组系统参数预定义已知可打印的体素的数量，可以平衡投影到模型部分的激光功率。这样做的方法可能是从一个角落开始，然后向下处理行和列，将体素分配给一个部分，直到达到预先定义的体素数量，然后移动到下一个部分。在一些情况下，这可能会导致为拖尾图像分配了较少数量的体素，这可能会导致激光过度曝光(参见图2)。

图2示出了在部件之间没有发生平衡的情况的示例。在这种情况下，可能会产生体素数量少的尾部。相反，每个平面的预定数量的体素可以用作上限。通过将上限除以当前平面中体素的总数并四舍五入，可以计算出该平面的部分数量。然后可以将体素的总数除以所需部分的数量，这可以给出新的要分配给每个部分的体素的数量。

相似的方法过程可以应用于3D模型。全息投影可以不限于单个平面。3D模型可能包含比平面更大数量的体素。在这种情况下，结果可能是部分的集合，与2D模型(即平面)相比，该集合在每个部分的像素方面可能更平衡。如图3A和3B所示，这可以允许其自身可以包含比每个全息图所需数量的体素少的体素的平面被组合成单个全息图。

图3A示出了“斯坦福兔子”的全息图的示例，该全息图被划分为使得每个切片在每个平面内具有相等数量的体素。每个全息图的尖端可以包含的数量少于每个全息图所需数量的体素，并且如图3B所示，可以将多个平面组合到单个全息图中以实现平衡。因此，由于一次投影了更多的z尺寸的体素，因此几乎可以同时打印耳朵的高度或长度。图3A中所示的平面可以是具有形成互锁部分的异质边缘的3D结构。

本文提供的方法可以包括以3D方式使全息图断裂以创建要打印的平衡部分集。为了进一步提高系统的通量，可以优化每个部分的3D形状。为此，本文提供的方法可以进一步包括基于部分的紧密性对每个部分评分。如果部分集之一的评分低于预定义的阈值，则可以使用不同的方法重组该部分集并再次分裂以生产更紧凑的部分。

本文提供了重新分割3D形状的部分集的方法，包括用等于所需部分数量的随机点为平面播种。该方法可以进一步包括将这些点生长到区域中，直到所有体素都被分配为止。可以使用许多不同的方法对部分的紧密度进行评分。这些方法的非限制性示例包括Polsby-Popper、Schwartzberg、Minimum Convex和Reock评分。这些算法可用作为许多地理信息系统项目的一部分，这些项目旨在分析例如向量分区的紧密性。

通过在形状边界上交换两个或更多个形状的一小部分，可以引入每个部分形状的额外变化，以允许这些部分在重新组合成初始形状时更有效地互锁，从而产生类似拼图的锁。该过程在图4中示出。尽管这会增加部件或全息图的复杂性，但由于体素的数量保持不变，因此可能不会增加打印时间。图4图示了三种不同的分割3D形状的方式：简单的线分割，以实现更紧凑的部件为目的进行分割以及以创建互锁部件为目的进行分割。

在一些情况下，硬件限制可能会导致全息投影打印机的效率在要打印的整个区域发生变化。为了补偿给定的硬件集中的变化，可以在形状破裂(fracture)成多个部分之前进行校正。可能会打印出不平衡的结构，并且可以手动定义硬件中对于一致的3D投影的限制。形状的每个体素可以被分配评分。可以使用掩膜为该形状的每个体素分配评分。可以根据形状中的每个体素在形状中的位置为其分配评分。例如，可以为打印机效率更高的区域中的体素分配较低的评分。当根据前面的部分分割形状时，可以将体素分配给一个部分，使得部分之间的总评分保持相同，而不是体素的数量。该方法可以单独应用于形状的每个平面，也可以作为整体应用于3D模型。

在一些实例中，在部分从形状中分割后，可以对部分应用辅助掩模。该掩模可以在较低效率的区域中将较高的数量应用于示例体素，这可能导致计算全息图的算法将更多的激光重定向到该区域。这可以消除和/或补偿可能在投影中引起潜在异质性的小硬件像差。该方法可以补偿打印区域中不同部分之间的打印效率差异。此方法还可以应用于每个平面、体积截面、单独应用于形状或作为整体应用于3D模型。此方法的示例在图5中说明。如图5所示，如果不进行破裂后场校正，则这些变化或像差会导致硬件的效率，从而导致打印不均匀。通过在计算相应的全息图之前对图像应用掩膜，可以校正不均匀打印。图6示出了可以用于执行本文提供的方法的计算机系统。图7示出了用于执行本文提供的示例性方法的示例性过程。图8示出了本文提供的方法的示例，该方法包括在全息打印期间将场校正应用于全息图。图9示出了场校正掩模的示例。

本公开内容的方法和系统可以包括用于使用束叠加来规避零级问题的方法。在一些情况下，一对光束可能会照射能量束系统。这可以通过将反射分束器放置在能量束线中以将输入束分成两束来完成。在一些情况下，每个光束可以独立配置。一对光束然后可以遵循到空间光调制器(SLM)的类似路径。在一些情况下，这对光束可能会穿过分开的耦合光学器件集，直到它们在显微镜物镜之前的某个点被合并为止。光束可以使用分束器重新组合。一对光束的重组可以使用波片和偏振分束器以几乎无损的方式完成。

替代地，在一些实例中，可以使用部分反射的分束器来完成该对光束的重新组合，以重新组合具有一些引起的效率损失的光束。效率损失可能至少为约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或更多。效率损失可能小于约80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％。例如，效率损失可能是50％。优选使用波片和偏振分束器。使用波片和偏振分束器可以提高效率。本文提供的方法可以包括多个单独的SLM，可以将其耦合以投影一个大场全息图，因为对于所使用的每个单独的SLM可能会出现零级缺陷。本文提供的方法可以适用于许多排列和SLM布置。

图12-14示出了使用双输入束的全息光刻设置的示例。图13示出了具有时间聚焦的双输入束系统。图14示出了具有双初级调制器的双输入束系统。相反，图10和11示出了具有单输入束的示例性全息光刻设置。图11示出了示例性全息光刻设置，其除了单输入束之外还包括时间聚焦。在图10-15中，光束的零级位置用条纹表示。另外，在图10-15中，缩写“AO”对应于可寻址光学器件(例如，可变透镜)，缩写“G”对应于光栅，缩写“L”对应于透镜，缩写“M”对应于反射镜，缩写“OBJ”对应于显微镜物镜，缩写“MOD”对应于光学调制器(例如空间光调制器)，缩写“SRC”对应于照明源，缩写“WP”对应于波片(例如，λ/2波片)，并且缩写“ZO”对应于零级阻挡装置。STL对应于“标准三角形语言”。缩写“ASO”是指角度选择光学元件。

光束可以对齐，以便它们共线进入物镜，从而可以产生单个打印区域。在一些情况下，每个光束的光学组件可能几乎相同。替代地，每个光束的光学组件可以略有不同、基本不同或者在一些情况下完全不同。从每个光束得到的图像可能是相似的。替代地，从每个光束得到的图像可能是不同的。在一些情况下，从每个光束产生的图像之间可能存在重要差异。例如，在全息图生成期间，可以分别处理两个光束。在这种情况下，相同的目标图像/物体可以用于每个光束，但是对于每个光束，图像可以偏离中心一定距离，但是偏离不同的方向。在其他示例中，可以应用其他场景，并且在该过程中的任何时间和地点都可能存在或生成其他变化和差异。在一些情况下，这样的变化可能导致每个光束使图像平面相对于零级点偏离中心。结果，来自每个光束的零级缺陷可以被偏移，并且两个零级缺陷可以不重叠。在生物材料的示例3D打印中，可能会在打印区域中产生两个半曝光的零级点，而不是在打印区域的中心出现单个死点。此事件可能是不希望的和/或有问题的。由这种事件引起的不希望的事件可以通过几种方法来防止。例如，可以设置功率，使得每个光束具有足够的能量以曝光目标/打印。这可能会使半曝光点完全被打印出来。在另一个示例中，全息图中的半曝光可以被补偿，使得每个光束可以向与成对光束的死点重叠的点施加额外的能量(例如，激光、荧光或具有任何期望波长的任何其他期望类型的光)。这样的技术可以提供这样的系统，该系统可以能够以来自未调制光或其阻挡的最小零级缺陷来打印全场。这样的系统可以能够在没有来自未调制光或其阻挡的最小零级缺陷的情况下打印全场。在一些情况下，可能会存在来自未调制光或其阻挡的残留零级缺陷。在一些情况下，可能会存在来自未调制光或其阻挡的零级缺陷。

本文提供的方法和系统可以实现没有零级缺陷的光学3D打印。这可以允许任意形状的全息光刻而没有该限制。

在一些实例中，本文提供的方法和系统可用于将多个SLM缝合在一起进入单个打印系统。将多个SLM缝合在一起可允许同时进行协调或独立的投影，这在一些情况下可能很重要，例如，当系统要求超出现有硬件的能力时。在此示例中，可以直接覆盖来自多个SLM的输出，以在单个打印区域中同时暴露多个图案。替代地，在其他示例中，可以将多个SLM非共线地组合(对成像倍率进行适当的调整)以充当单个更大和/或更高分辨率的SLM。在非共线的情况下，每个SLM可以成像到物镜后孔径的不同区域。SLM的非共线组合可以通过减小有效像素大小来提供扩展视场的额外益处。

本文提供的方法和系统可以用于将任意数量的光束缝合在一起。尽管在附图中示出了两个光束的组合，但是为了清楚起见可以这样做。原则上，使用在此提供的方法和系统可以组合的光束数量没有限制。在一些情况下，使用偏振分束器重组两个光束可能是最佳情况。在一些实例中，使用部分反射的分束器重组多于两个的光束可能会导致额外的效率损失。

本文提供的方法和系统可以与多个能量源(例如，激光源)一起使用。在一些情况下，能量源可以是波长退化的能量源。在一些情况下，能量源可以是能够进行一个或两个光子激发的非简并能量源。此外，在一些实例中，非简并能量源可以特别地允许双色双光子吸收。吸收不同波长的两个光子可能会引起双光子吸收。在一些实例中，双色双光子吸收可能具有进一步提高分辨率的潜力，因为聚合可能仅发生在同时暴露于两个波长的光的焦点体积内。独立地控制每个波长的光的焦点体积可以允许重叠被调谐(并因此调谐分辨率)。

在一些实例中，全息光刻系统可以受益于并入针对该应用被更好地优化的组件。在一些情况下，用于显示透镜相位的次级SLM可以替换为可电子寻址的可变焦光学器件。例如，图15示出了使用双输入束和时间聚焦的全息设置，其中使用可寻址聚焦光学器件代替次级SLM。在图15中，光束的零级部分显示为条纹。本文提供的方法和系统可以包括可变焦光学器件。在一些情况下，可变焦光学器件可以是电子可寻址的。在一些实例中，可变焦光学器件可以是可变焦透镜。在一些实例中，可变焦光学器件可以是可变焦反射镜。在一些实例中，可变焦光学器件可以是数字微镜器件。使用可变焦光学器件可以提供更高的通量。可变焦点光学器件的使用可以提供最小化的零级重影。在一些情况下，零级重影可能是由于来自第二SLM图像的未调制光在打印区域中的z＝0平面上产生的。在一些实例中，零级重影可能源自基于SLM的调制的相对效率低下。在一些情况下，基于SLM的调制效率低下可以具有至多为约90％的峰值效率。在一些情况下，基于SLM的调制效率低下可具有至多为约80％的峰值效率。在一些情况下，基于SLM的调制效率低下可以具有至多为约70％的峰值效率。在一些情况下，基于SLM的调制效率低下可以具有至多为约60％的峰值效率。在一些情况下，基于SLM的调制效率低下可以具有至多为约50％的峰值效率。在一些情况下，基于SLM的调制效率低下可能取决于SLM配置。在一些情况下，基于SLM的调制效率低下可能取决于显示的全息图。

本文提供的方法和系统可以包括抗反射涂层的可调节透镜。在一些情况下，抗反射涂层的可调节透镜系统可以是至少约50％、60％、70％、80％、90、95％或更有效。在一些情况下，其可能低于约100％、95％、90％、80％、70％、60％、50％、40％或更低的效率。在一些情况下，可能几乎不依赖于透镜所施加的焦度。这可以使损失最小化。

另外，在使用时间聚焦的全息投影系统中，用透射型衍射光栅代替反射型衍射光栅可以提供额外的益处。本文提供的方法和系统可以包括透射衍射光栅。尽管反射光栅在其最佳几何形状方面可能是有效的(例如，在Littrow配置中)，但反射光栅可能会导致全息光刻所需的几何形状显著损失。透射光栅可以在对准几何形状方面提供额外的灵活性。另外，透射光栅可能比反射光栅具有更高的损伤阈值，这对于使用高功率激光器进行照明的应用可能是重要的。

用于光束叠加的方法和系统也可以应用于使用时间聚焦的全息投影。在一个示例中，本文提供的方法或系统包括衍射光栅。可以将衍射光栅放置在光束线内的中间像平面中。在一些情况下，衍射光栅可以提高轴向分辨率。在该系统中，第一SLM可以显示XY平面全息图，然后可以将其成像到衍射光栅上。在通过衍射光栅透射之后，光束可以被引导到次级SLM上。次级SLM可以显示透镜化相位，以在最终投影中提供预成型XY全息图的Z轴位移。在这种情况下，可以在次级SLM之后重新组合光束。如果使用可调节聚焦光学器件而不是SLM，则系统可以设计为在聚焦光学器件之前或之后重新组合光束。这种附加的灵活性是可能的，因为与大多数SLM不同，这些聚焦光学器件通常对偏振不敏感。

将其应用于生物材料的3D打印可能是显著的，因为当零级点可能被手动阻挡或最小化、部分地、以及在一些情况下材料中的显著燃烧(即零级缺陷)时，诸如打印区域中的孔或空白空间的缺陷可以以其他方式破坏3D生物材料(诸如支架)的血管流动或结构完整性。在通常的制造过程中，诸如打印区域中的孔或空白的缺陷(即零级缺陷)可以引起结构完整性的问题。零级缺陷可能是系统范围的。在一些实例中，零级缺陷可能是局部的。例如，大的缺陷可能是由于合并了多个打印区域的结果，每个打印区域都可能包含类似的缺陷。在其他示例中，每个打印区域或一些打印区域可能包含不同的缺陷。

在打印的3D生物材料中，例如脉管系统，其需要流体可以流过的不透水通道，具有可以修复的缺陷或者泄漏对于构建功能性脉管系统可能是禁止的。在一个示例中，图16示出了在全息光刻中叠加光束系统的效用。图16示出了标记为“1”的预期打印形状，使用标记为“2”的典型单光束系统得到的具有零级缺陷的打印，以及标记为“3”的来自单个光束和双光束叠加的打印形状。如图16所示，使用双光束系统“3”得到的打印可以等同于目标图像“1”。图16中的叠加图像“3”中的各个零级点被示出仅用于参考。

尽管3D打印方法和系统可以允许“修复”或重新访问零级缺陷在打印区域中引入缺陷的站点，但这可能会减慢打印过程并引入潜在的异质结构完整性。零级缺陷可能是被阻挡的光束。零级缺陷可能会在整个3D结构中创建空的、未打印的列。此外，零级缺陷可以在加压的3D生物材料系统(例如，打印的脉管系统)中有效地产生断点或弱点。因此，本文提供的方法和系统包括消除零级缺陷，其可以改善3D生物材料(例如，微脉管系统)的打印和显影的效率和打印精度。在又一示例中，图17示出了具有和不具有经由光束叠加的零级缺陷去除的打印物体的图示。图17示出了本文提供的方法和系统的效用，特别是用于水密3D生物结构(例如脉管系统)的3D全息打印。

本公开内容提供了用于生成平行的重复全息图，在扩展的打印区域中投影重复的全息图像，具有非重复的结构的扩展的全息打印区域以及产生重复的3D全息元件的方法和系统。投影可能以各种速度进行。投影可能会迅速地进行。替代地，投影可能会缓慢地进行。图18示出了允许同时进行结构复制的全息图的平行投影的示例。

全息光刻可以为光刻提供强大的工具，但是通过一些附加的修改，可以进一步扩展效用。通过全息光刻制造物体可以通过形成相位形能量束和傅立叶耦合来完成，使得该束可以通过显微镜物镜投射到打印介质中以形成三维(3D)图像，然后该图像可以产生三维(3D)物体。光学器件的复杂性可以处于波阵面成形中，这可以通过空间光调制器(SLM)来完成。在制造多个物体(或重复结构中的单元细胞)的情况下，打印过程可能会受益于光束复制光学器件的结合。在一些实例中，光束复制光学器件可以包括衍射分束器。在这种情况下，在主SLM和显微镜物镜之间放置衍射元件。在其他示例中，光束复制光学器件是次级SLM。在一些情况下，衍射元件可以是衍射分束器。在一些情况下，衍射元件是次级SLM。

使用直接放置在显微镜物镜之前的衍射元件，相位形光束可以被分成多个相同的光束，这些光束仅在它们到物镜的入射角度上不同。输入束的相位轮廓可以在所有输出光束中保持不变。换言之，多个相同的光束可以具有相同的调制相位。此外，多个相同的光束可以不包括相消和/或相长干涉。结果可以是同时投影多个图像和制造所得物体。图19示出了本文提供的包括衍射光学器件(DOE)的系统的示例。

在一些情况下，制造物体的大小和形状可以由主SLM限定。物体的数量和位置可以由衍射分束器限定。只要有足够的激光功率和视野可用，使用衍射全息元件(例如，衍射分束器)就可以允许将单个物体容易地平行化为多个物体。该技术在3D生物材料的打印中可能具有特殊的效用。一个实例是细胞器，其中许多相同结构可以一起制造。另外，可以利用该技术来同时打印许多具有重复结构的单元细胞。重复结构的非限制性实例包括支架、网孔、脉管系统结构和移植物。在这种排列中，可以选择单元细胞的打印区域以匹配来自组合的全息分束器和显微镜物镜的合成图像间距。图像间距也称为像素间距或像素间隔，其是指从一个像素中心到下一个像素中心的距离。结果可能是同时打印大面积的潜在复杂重复结构的能力。就打印速度和可以同时全息打印的物体的数量而言，本文描述的方法和系统的优点之一可以是全息分束器的相对较高的效率。本文描述的方法和系统的另一个优点是将衍射全息元件容易地结合到现有的全息光刻系统中。

在一些情况下，本文所述的方法和系统包括使用次级空间光调制器(SLM)作为衍射元件。在这种情况下，可以在光束的傅立叶平面(即，空间频率平面)中放置次级SLM。在一些情况下，次级SLM可能会使用一种图案进行寻址，该图案会导致将入射的相位形光束复制为多个衍射光束。该图案可以是一维或二维光栅，以给出与全息分束器相似的打印物体的均匀布置。替代地，在其他情况下，次级SLM可以显示与任意焦点集相对应的全息图。最终结果可以包括由主SLM创建的相位轮廓，可以有效地复制该相位轮廓并将其定向到任意位置的任意数量的点。本文提供的方法和系统包括使用次级SLM进行并行打印，类似于带有全息分束器的上述配置。但是，使用次级SLM可以提供单独放置每个物体的额外灵活性。在一些情况下，使用次级SLM可能会增加系统复杂性。使用次级SLM可能会降低效率，这是因为SLM衍射通常比全息分束器元件的效率低。

在一些情况下，本文所述的方法和系统包括束转向装置的使用。束转向装置在具有和不具有光束复制光学器件的情况下都可以在全息光刻中提供额外的灵活性和实用性。束转向光学器件可以采用多种形式，包括机动运动镜、振镜、声光调制器或附加的空间光调制器。在没有光束复制光学器件的情况下，束转向可以允许对全息形成的图案进行光栅化。例如，全息形成的图案的光栅化可以包括投影环并垂直于环的平面光栅化环以形成管。全息形成的图案的光栅化可在制造高度重复或对称的结构中提供特定的效用。另外，全息形成的图案的光栅化可以与光束复制光学器件一起使用，以允许整体上相似的制造。整体制造的示例可以包括投影环，使用移位光学器件对环进行光栅化，以及使用衍射光学器件复制该光栅环，其中所得结构可以是同时制造的管的阵列。最后，可以采用束转向来将给定的视野或打印框架扩展到超出给定SLM投影场可寻址的范围。通过使用位置束转向对基于SLM的投影进行定时，可以用打印结构填充整个视场。除了通过大载物台或显微镜物镜(即打印头)的移动之外，该打印结构可能不可寻址，这可能比通过束转向实现的更慢且更不精确。使用位置束转向对基于SLM的投影进行定时可以扩展可寻址的打印区域，而不必增加SLM的数量和/或尺寸。图20示出了本文提供的包括束转向的系统的示例。图21示出了本文提供的包括衍射光学器件(DOE)和束转向的系统的示例。

图23示出了具有单个输入束的全息光刻设置的示例。在图23中，光束的零级位置被标记为(2300)。缩写“ASO”是指角度选择光学器件(例如，体积布拉格光栅)。角度选择光学器件(ASO)可用于排斥光束的零级位置。角度选择光学器件(ASO)可以是布拉格光栅。SRC示出照明源。照明源可以是飞秒激光器。MOD1示出光调制器。光调制器可以是空间光调制器。L1和L2示出透镜。M示出反射镜。OBJ示出物体。

可以通过结合角度选择光学器件来配置全息投影系统，以排斥来自投影系统的零级(未调制)光。在这种情况下，角度选择光学器件(ASO)将放置在未调制光将被分列的位置，最典型的是在SLM和成像系统中的第一个透镜之间。角度选择光学器件，例如体积布拉格光栅允许通过光学器件的角度选择性从衍射光中选择出未调制(平面波)光。在图23中说明了该配置。在这种配置中，可以使用ASO而不是零级阻挡点。图23示出了具有透射几何形状的ASO，尽管可以以功能等效的方式使用反射几何形状。最值得注意的是，使用ASO而不是零级阻挡点可以允许使用更高功率的激光器，其中放置在焦点中的零级阻挡点可以承受损伤，因为ASO可以放置在光束的柱状部分中。在图23的示例中示出了该ASO包含配置，但是该配置可以作为修改被包括在包括在任何图示的系统中的任何系统中。

图24示出了通过使用偏振光学器件将入射光束分成多个光束来使用一个光源为多个打印机供电的系统。在图24中，单个光束被分割以为四台打印机供电。然而，只要有足够的激光功率，这种技术可以用来将单个光束分成任意大量的光束来为许多打印机供电。这可以通过使用偏振光学器件来完成。偏振分束器可用于根据入射光束的偏振来分离光束。波片可以用于调节光束的偏振，并且可以控制在每个阶段用于光束分离的分叉比。在一些实例中，这些波片可以是无源部分(例如，双折射晶体或聚合物波片)或有源部分(例如，普克尔斯盒或电子可切换液晶延迟器)。尽管可以使用任一种配置将激光器的平均功率均等地分为多束，但在一些情况下，优选主动实施方式。这可能是优选的，因为主动切换可以允许入射光束按脉冲方式而不是按能量方式分离(即，不是将每个脉冲的四分之一发送到不同的打印机，而是将每四个脉冲的全部发送到不同的打印机)。这可能具有将最高可用脉冲能量传递给每个打印机的益处，这可能对打印过程的通量有益处。

除了在物体制造中增加效用之外，束转向还可以增加瞄准的其他效用。使用成像照相机和束转向光学器件的组合，可以与预先存在的物体对准地形成打印物体。例如，可以使细胞或细胞簇成像，靶向并且可以在细胞/簇周围打印胶囊。当使用生物相容性打印介质时，这可能是全息光刻的优势。附加的转向光学器件可以实现对打印区域内物体的快速、精确瞄准。

本发明提供了被编程用于实现本公开内容的方法的计算机控制系统。图6示出了计算机系统1101，其被编程或以其他方式配置为重新分布图像或复杂结构，以用于生成要在3D全息打印方法中使用的全息图。计算机系统1101可以调节本公开内容的图像或复杂结构重新分布的各个方面，例如，以2D或3D分解图像，通过形状将图像或复杂结构破裂，执行预破裂场校正和/或执行破裂后场校正。计算机系统1101可以是用户的电子设备或者是相对于该电子设备远程定位的计算机系统。电子设备可以是移动电子设备。

计算机系统1101包括中央处理单元(CPU，本文中也称为“处理器”和“计算机处理器”)1105，其可以是单核或多核处理器，或者是用于并行处理的多个处理器。计算机系统1101可以进一步包括也由图6所示的1105标识的图形处理单元(GPU)。计算机系统1101还包括存储器或存储位置1110(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪速存储器)、电子存储单元1115(例如，硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口1120(例如，网络适配器)以及外围设备1125，诸如高速缓冲存储器、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器。存储器1110、存储单元1115、接口1120和外围设备1125通过通信总线(实线)如主板与CPU1105相通信。存储单元1115可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据存储库)。计算机系统1101可以借助于通信接口1120可操作地耦合至计算机网络(“网络”)1130。网络1130可以是因特网、互联网和/或外联网，或与因特网相通信的内联网和/或外联网。在一些情况下，网络1130为电信和/或数据网络。网络1130可以包括一个或多个计算机服务器，该计算机服务器可以实现分布式计算，诸如云计算。在一些情况下，网络1130可以借助于计算机系统1101实现对等网络，这可以使与计算机系统1101耦合的设备能够起到客户端或服务器的作用。

CPU 1105可以执行一系列机器可读指令，该机器可读指令可以体现在程序或软件中。该指令可以存储在存储位置如存储器1110中。指令可以针对CPU 1105，该指令随后可以编程或以其他方式配置CPU 1105以实现本公开内容的方法。由CPU 1105执行的操作的实例可以包括提取、解码、执行和回写。

CPU 1105可以是电路如集成电路的一部分。系统1101的一个或多个其他组件可以包含在电路中。在一些情况下，该电路为专用集成电路(ASIC)。

存储单元1115可以存储文件，诸如驱动程序、库和保存的程序。存储单元1115可以存储用户数据，例如，用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统1101可以包括一个或多个附加数据存储单元，该附加数据存储单元位于计算机系统1101外部，诸如位于通过内联网或因特网与计算机系统1101相通信的远程服务器上。

计算机系统1101可以通过网络1130与一个或多个远程计算机系统相通信。例如，计算机系统1101可以与用户的远程计算机系统(例如，桌面计算机)相通信。远程计算机系统的实例包括个人计算机(例如，便携式PC)、平板或平板型PC(例如，iPad、Galaxy Tab)、电话、智能电话(例如，/>iPhone、支持Android的设备、)或个人数字助理。用户可以经由网络1130访问计算机系统1101。

如本文所述的方法可以通过机器(例如，计算机处理器)可执行代码的方式来实现，该机器可执行代码存储在计算机系统1101的电子存储位置上，例如存储器1110或电子存储单元1115上。该机器可执行代码或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间，该代码可以由处理器1105执行。在一些情况下，可以从存储单元1115检索该代码并将其存储于存储器1110上以备处理器1105迅速存取。在一些情况下，可以排除电子存储单元1115，而将机器可执行指令存储于存储器1110上。

该代码可以被预编译并被配置用于与具有适于执行该代码的处理器的机器一起使用，或可以在运行期间被编译。该代码可以以编程语言提供，可以选择编程语言以使该代码能够以预编译或即时编译(as-compiled)的方式执行。

本文提供的系统和方法的各方面，诸如计算机系统1101，可以在编程中体现。本技术的各个方面可被认为是“产品”或“制品”，其一般为在一种类型的机器可读介质上携带或体现的机器(或处理器)可执行代码和/或相关联数据的形式。机器可执行代码可以存储在诸如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪速存储器)或硬盘的电子存储单元上。“存储”型介质可以包括计算机的任何或全部有形存储器、处理器等，或其相关联模块，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，其可以在任何时间为软件编程提供非暂时性存储。该软件的全部或部分有时可以通过因特网或各种其他电信网络进行通信。这样的通信，例如，可以使软件能够从一个计算机或处理器加载到另一计算机或处理器中，例如，从管理服务器或主机加载到应用服务器的计算机平台中。因此，可以承载软件元素的另一类型的介质包括光波、电波和电磁波，诸如跨本地设备之间的物理接口、通过有线和光学陆线网络以及通过各种空中链路而使用的。携载这类波的物理元件，诸如有线或无线链路、光学链路等，也可以被认为是承载软件的介质。如本文所用的，除非限于非暂时性有形“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。

因此，诸如计算机可执行代码等机器可读介质可以采取许多形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，诸如任何计算机中的任何存储设备等，诸如可以用于实现如附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，诸如这样的计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴缆线；铜线和光纤，包括构成计算机系统内总线的线。载波传输介质可以采取电信号或电磁信号或者声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间生成的那些电信号或电磁信号或者声波或光波。因此，计算机可读介质的常见形式包括例如：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片纸带、任何其他具有孔洞图案的物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或匣盒、传送数据或指令的载波、传送这样的载波的电缆或链路，或者计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。这些计算机可读介质形式中的许多可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带至处理器以供执行。

计算机系统1101可以包括电子显示器1135或与电子显示器1135通信，该电子显示器1135包括用户界面(UI)1140，该用户界面(UI)1140用于提供例如将通过本文公开的方法处理的复杂结构的图像。UI的实例包括但不限于图形用户界面(GUI)和基于网络的用户界面。

可以通过一种或多种算法来实现本公开内容的方法和系统。可以在由中央处理单元1105执行时通过软件来实现算法。该算法可以，例如，测量图像的紧密度，施加掩模以对形状的每个体素进行评分和/或使图像断裂以创建全息图。

虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员容易理解的是，这样的实施方式只是以示例的方式提供的。并非旨在通过说明书中提供的具体实例来限制本发明。虽然已经参考前述说明书描述了本发明，但是本文中对实施方式的描述和阐述并不旨在解释为限制性意义。在不偏离本发明的情况下，本领域技术人员现将想到许多变化、改变和替代。此外，应当理解，本发明的所有方面并不限于本文根据各种条件和变量所提出的具体描述、配置或相对比例。应当理解，在实践本发明的过程中可以采用对本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。因此，本发明预计还应涵盖任何这样的替代方案、修改、更改或等同物。以下述权利要求旨在限定本发明的范围，从而覆盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同项。

Claims (23)

1.一种产生连续全息图的方法，所述方法包括叠加第一能量束和第二能量束，使得所述第一能量束生成第一零级缺陷，并且所述第二能量束生成不与所述第一零级缺陷重叠的第二零级缺陷，以产生所述连续全息图。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述连续全息图用于打印三维物体。

3.根据权利要求2所述的方法，其中通过固化一树脂来打印所述三维物体。

4.根据权利要求2所述的方法，其中通过聚合一介质来打印所述三维物体。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述连续全息图是三维物体的全息表示。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括提供零级缺陷阻挡和重叠的能量束投影的排列，使得所述零级缺陷不重叠并且生成大的连续三维全息图。

7.根据权利要求1所述的方法，其中对准所述第一能量束和所述第二能量束。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括在图像平面中或在图像平面附近物理地阻挡所述零级缺陷。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括使用角度选择光学器件来排斥所述零级缺陷。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述角度选择光学器件是体积布拉格光栅。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一能量束和所述第二能量束被分别处理。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括设置所述第一能量束和所述第二能量束的强度，使得所述第一能量和所述第二能量束中的每个具有足够的能量以将所述第一零级缺陷和所述第二零级缺陷暴露于所述第一能量束或所述第二能量束。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括所述第一能量束和所述第二能量束中的每个向存在于所述第一能量束或所述第二能量束的打印区域内的所述第一零级缺陷或所述第二零级缺陷中的任一个施加增加的强度。

14.一种生成连续全息图的系统，包括：

至少一个能量源，其被配置为引导第一能量束或第二能量束；

一个或多个与所述至少一个能量源可操作地耦合的计算机处理器，其中所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程以叠加所述第一能量束和所述第二能量束，使得所述第一能量束生成第一零级缺陷，并且所述第二能量束生成不与所述第一零级缺陷重叠的第二零级缺陷，以产生所述连续全息图。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述连续全息图用于打印三维物体。

16.根据权利要求15所述的系统，其中通过固化一树脂来打印所述三维物体。

17.根据权利要求15所述的系统，其中通过聚合一介质来打印所述三维物体。

18.根据权利要求14所述的系统，其中所述连续全息图是三维物体的全息表示。

19.根据权利要求14所述的系统，其中所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程以提供零级缺陷阻挡和重叠的能量束投影的排列，使得所述零级缺陷不重叠并且生成大的连续三维全息图。

20.根据权利要求14所述的系统，其中对准所述第一能量束和所述第二能量束。

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述第一能量束和所述第二能量束被分别处理。

22.根据权利要求14所述的系统，其中所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程以进一步设置所述第一能量束和所述第二能量束的强度，使得所述第一能量和所述第二能量束中的每个具有足够的能量以将所述第一零级缺陷和所述第二零级缺陷暴露于所述第一能量束或所述第二能量束。

23.根据权利要求14所述的系统，其中所述一个或多个计算机处理器被单独地或共同地编程以进一步包括所述第一能量束和所述第二能量束中的每个向存在于所述第一能量束或所述第二能量束的打印区域内的所述第一零级缺陷或所述第二零级缺陷中的任一个施加增加的强度。