枚星華

研發(fā)團隊下一步將開發(fā)可單步全息固化的光子芯片系統(tǒng)。

近日，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3D打印機原型。相關(guān)成果已發(fā)表于《自然》子刊，團隊下一步將開發(fā)可單步全息固化的光子芯片系統(tǒng)。

據(jù)悉，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。

研究人員透露，他們?nèi)诤狭斯韫庾訉W(xué)和光化學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)，首次提出了基于芯片的3D打印機方案。他們強調(diào)，該系統(tǒng)僅包含一枚毫米級的單一光子芯片，無任何移動部件。該芯片向一個簡單、靜止的樹脂槽發(fā)射可重構(gòu)的可見光全息圖，從而實現(xiàn)了非機械式的3D打印。

該團隊通過實驗，展示了一個受立體光刻啟發(fā)的、基于芯片的3D打印機的概念驗證版本。他們使用了可見光束轉(zhuǎn)向集成光學(xué)相控陣和可見光固化樹脂，首次展示了使用芯片系統(tǒng)進行3D打印。

值得一提的是，實驗中的樹脂經(jīng)過特殊優(yōu)化設(shè)計，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，全程僅需幾秒時間。設(shè)備工作時，外部激光驅(qū)動天線向樹脂槽發(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，實現(xiàn)非機械式光束轉(zhuǎn)向。

研究人員宣稱，他們的方法為實現(xiàn)下一代高度緊湊、便攜且低成本的3D打印機解決方案邁出了第一步。僅用一枚光子芯片就能在手掌中秒級創(chuàng)建3D物體，這將變革現(xiàn)代制造業(yè)，正如3D打印已經(jīng)徹底改變了創(chuàng)新者在現(xiàn)代社會幾乎所有領(lǐng)域的創(chuàng)造方式。

目前的3D打印機依賴龐大且復(fù)雜的機械系統(tǒng)來實現(xiàn)材料的逐層疊加。這限制了打印速度、分辨率、便攜性、外形尺寸和材料的復(fù)雜性。但麻省理工團隊的最新創(chuàng)新解決了這些局限。

他們還創(chuàng)造了一種微型“牽引光束”（tractorbeam），利用芯片發(fā)出的光束捕獲和操控生物粒子。這可以幫助生物學(xué)家研究DNA或探究疾病機制，而不會污染組織樣本。

這個微型裝置使用高度聚焦的光束來捕獲和操控細胞。這項創(chuàng)新為集成光學(xué)鑷子（opticaltweezers）引入了一種新模式，極大地擴展了其效用及與現(xiàn)有應(yīng)用（尤其是生物實驗）的兼容性。

研究人員預(yù)計，這項工作中引入的基于芯片的3D打印技術(shù)，有潛力為下一代3D打印機提供高度緊湊、便攜且低成本的解決方案。根據(jù)團隊的方法，這種解決方案將為生成3D物體提供更易獲取且更快速的機制，影響包括軍事、醫(yī)療、工程和消費領(lǐng)域在內(nèi)的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。

迄今為止，已有多種3D打印方法實現(xiàn)了商業(yè)化，包括擠出（extrusion）、粉末床熔融（powder-bedfusion）、噴墨（jetting）和光誘導(dǎo)聚合（light-inducedpolymerization）等技術(shù)。在消費級層面，熔融沉積建模（FusedDepositionModeling,FDM），一種基于擠出的方法是最廣泛使用的3D打印類型。

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