全球首台芯片级3D打印机问世,MIT研发光子芯片全息固化技术突破传统制造限制

2025-09-29 03:32:52 1596次浏览

  

科研团队即将启动光子芯片系统的单步全息固化技术研发。

麻省理工学院与得克萨斯大学奥斯汀分校的联合研究团队近日取得重大突破,成功研制出全球首个芯片级3D打印机原型。这项开创性研究成果已发表在《自然》子刊上,研究团队透露下一步将致力于开发可实现单步全息固化的光子芯片系统。

这款突破性的原型芯片采用了仅160纳米厚的超薄光学天线(相当于普通纸张厚度的  1/625),整体尺寸比25美分硬币还要小巧。它通过毫米级光子芯片发射可调控光束,能够在可见光波长照射下实现树脂材料的快速固化成型。

研究人员介绍,这项创新融合了硅光子学与光化学领域的前沿技术,首次实现了基于芯片的3D打印解决方案。特别值得注意的是,整个系统仅由一枚毫米级光子芯片构成,完全摒弃了传统机械部件。该芯片通过向静止的树脂槽投射可重构的可见光全息图,开创了非机械式3D打印的新范式。

在概念验证实验中,研究团队借鉴立体光刻技术原理,成功展示了基于芯片的3D打印技术可行性。他们创新性地采用可见光束转向集成光学相控阵配合特制可见光固化树脂,首次实现了芯片系统的3D打印功能。

值得一提的是,实验采用的特制树脂经过专门优化,可在特定可见光波段实现瞬时固化。研究人员仅用数秒时间就成功打印出包括"M-I-T"字样在内的各种二维图案。设备工作时,外部激光驱动光学天线向树脂槽发射精密可控的可见光束。团队采用液晶材料制造的微型调制器(长度仅20微米),通过电场精确调控光束的振幅与相位,实现了非机械式的光束转向控制。

研究人员表示,这项技术为实现下一代高度集成、便携且经济的3D打印解决方案迈出了关键第一步。仅凭一枚光子芯片就能在手掌大小的空间内实现秒级3D物体成型,这项突破将重塑现代制造业格局,其影响深度不亚于3D打印技术对现代创新方式的革命性改变。

与传统3D打印机依赖庞大机械系统进行材料逐层堆积不同,麻省理工团队的全新技术有效突破了打印速度、分辨率、便携性、外形尺寸和材料复杂度等多重限制。

此外,团队还开发出微型"牵引光束"技术,利用芯片发射的光束实现对生物粒子的捕获与操控。这项创新为生物学研究提供了全新工具,使科学家能够在不污染组织样本的情况下研究DNA或探索疾病机制。

该微型装置通过高度聚 焦的光 束实现细胞操控,为集成光学镊子技术开辟了新路径,大幅提升了其在生物实验等应用场景中的实用性和兼容性。

研究团队预测,这项基于芯片的3D打印技术有望催生新一代高度集成、便携且低成本的3D打印解决方案。该技术将为3D物体制造提供更便捷高效的实现方式,其应用前景涵盖军事、医疗、工程和消费电子等多个重要领域。

目前市场上已有多种3D打印技术实现商业化应用,包括挤出成型、粉末床熔融、喷墨打印和光诱导聚合等技术。其中,基于挤出成型原理 的熔融沉积建模(FDM)技术是消费级市场应用最广泛的3D打印类型。

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