7 月 6 日消息，麻省理工學(xué)院(MIT)與得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校聯(lián)合開發(fā)出了全球首款芯片級(jí) 3D 打印機(jī)原型。相關(guān)成果已發(fā)表于《自然》子刊，團(tuán)隊(duì)下一步將開發(fā)可單步全息固化的光子芯片系統(tǒng)。
據(jù)介紹，原型芯片搭載 160 納米厚光學(xué)天線(普通紙張約 10 萬納米厚)，整體尺寸甚至小于 25 美分硬幣，可通過毫米級(jí)光子芯片發(fā)射可重構(gòu)光束，使樹脂在可見光波長照射下快速固化成型。
這款概念驗(yàn)證設(shè)備由單枚光子芯片構(gòu)成，無任何活動(dòng)部件。芯片表面集成微米級(jí)光學(xué)天線陣列，通過操控光束射入特制樹脂槽。
據(jù)介紹，這種樹脂經(jīng)過特殊優(yōu)化設(shè)計(jì)，可在特定可見光波長下迅速固化。研究人員成功打印出包括“M-I-T”字母在內(nèi)的任意二維圖案，全程僅需幾秒時(shí)間。后續(xù)，科研人員希望使樹脂槽底部的光子芯片發(fā)射三維全息可見光，從而一步完成物體整體固化。這種便攜設(shè)備有望應(yīng)用于醫(yī)療定制(如手術(shù)器械部件)與工程現(xiàn)場快速原型制作。
設(shè)備工作時(shí)，外部激光驅(qū)動(dòng)天線向樹脂槽發(fā)射可控可見光束。研究人員采用液晶材料制成緊湊型調(diào)制器(長約 20 微米)，通過電場精確調(diào)控光束振幅與相位，實(shí)現(xiàn)非機(jī)械式光束轉(zhuǎn)向。
論文作者、電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授耶萊娜?諾塔羅斯(Jelena Notaros)表示：“該系統(tǒng)正在徹底重新定義 3D 打印機(jī)的概念。它不再是實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)上的大型設(shè)備，而是手持便攜的工具。這項(xiàng)技術(shù)可能催生的新應(yīng)用以及它對(duì) 3D 打印領(lǐng)域的改變令人振奮。”
研究核心突破源于硅光子學(xué)與光化學(xué)的跨學(xué)科結(jié)合。諾塔羅斯團(tuán)隊(duì)此前開發(fā)的集成光學(xué)相控陣系統(tǒng)，通過芯片表面微天線陣列操控光束方向。與此同時(shí)，奧斯汀分校佩奇團(tuán)隊(duì)(Page Group)首創(chuàng)了可見光波長快速固化樹脂技術(shù) —— 這也是芯片級(jí) 3D 打印機(jī)的關(guān)鍵所在。
論文第一作者薩布麗娜?科爾塞蒂(Sabrina Corsetti)解釋道：“過去用于激光雷達(dá)的紅外波長光子芯片難以實(shí)現(xiàn)樹脂完全固化。此次我們通過可見光固化樹脂與可見光發(fā)射芯片在標(biāo)準(zhǔn)光化學(xué)和硅光子學(xué)之間找到交匯點(diǎn)，兩種技術(shù)的融合催生了全新概念?！?/p>
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