全球首台芯片级3D打印机问世,MIT研发光子芯片系统实现单步全息固化技术

2025-09-29 04:39:00 8411次浏览

  

科研团队即将启动新一代光子芯片系统的研发工作,该系统将实现单步全息固化的突破性技术。

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。这项开创性成果已发表在《自然》子刊上,研究团队表示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。

据悉,这款革命性的原型芯片采用仅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美分硬币更小。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。

研究团队首次将硅光子学与光化学技术相结合,开创性地提出了基于芯片的3D打印解决方案。该系统的核心创新在于仅使用单一毫米级光子芯片,完全摒弃了传统3D打印机的机械运动部件。芯片通过向静止的树脂槽投射可重构的可见光全息图,实现了真正意义上的非机械式3D打印。

在概念验证实验中,研究团队成功展示了基于芯片的3D打印技术。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,团队专门研发的树脂材料能够在特定可见光波长下实现瞬时固化。实验中仅用数秒就成功打印出包括"M-I-T"字母在内的各种二维图案。设备工作时,外部激光驱动天线向树脂槽发射精确可控的可见光束。研究人员采用20微米长的液晶调制器,通过电场精确调控光束的振幅与相位,实现了非机械式的高精度光束控制。

这项突破性技术为开发下一代紧凑型、便携式且低成本的3D打印解决方案奠定了基础。仅用一枚光子芯片就能在手掌大小的空间内实现秒级3D物体创建,这项技术有望彻底改变现代制造业格局,就像3D打印技术已经深刻改变了现代社会的创新模式。

传统3D打印机依赖复杂的机械系统实现材料逐层堆积,这严重制约了打印速度、精度、便携性以及材料选择的多样性。而麻省理工团队的最新研究成功突破了这些技术瓶颈。

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新工具,使科学家能够在不污染样本的情况下研究DNA或探索疾病机制。

这种微型装置采用高度聚焦的光束技术操控细胞,为光学镊子技术带来了全新模式,显著提升了其在生物实验等领域的应用潜力。

研究人员认为,这项基于芯片的3D打印技术有望推动下一代3D打印设备的微型化、便携化和低成本化发展。该技术将提供更便捷、更快速的3D物体生成方案,在军事、医疗、工程和消费电子等多个领域产生深远影响。

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,基于挤出成型的熔融沉积建模(FDM)技术是消费级市场最主流的3D打印解决方案。

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