全球首台芯片级3D打印机问世,MIT团队突破光子芯片全息固化技术实现秒级非机械打印

2025-09-28 08:29:18 3973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近日联合研制出全球首个芯片级3D打印机原型,相关研究成果已在《自然》子刊发表。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。

这款突破性原型芯片采用160纳米厚的光学天线(约为普通纸张厚度的1/600),整体尺寸小于25美分硬币。其核心创新在于通过毫米级光子芯片发射可调控光束,使树 脂在可见光照射下实现快速固化成型。

研究团队创造性融合了硅光子学与光化学技术,首次提出基于芯片的3D打印解决方案。该系统的革命性在于仅需单一毫米级光子芯片,无需任何机械运动部件,通过向静止树脂槽投射可重构的可见光全息图,实现完全非机械式的3D打印过程。

在概念验证实验中,团队借鉴立体光刻技术原理,采用可见光束转向集成光学相控阵配合特制光固化树脂,首次成功演示了芯片系统的3D打印能力。特别设计的树脂材料可在特定可见光波长下实现秒级固化,研究人员已成功打印出包括"M-I-T"字母在内的复杂二维图案。

该系统的核心组件包括:由外部激光驱动的微型光学天线阵列,以及采用液晶材料制造的20微米级紧凑型调制器。通过电场精确调控光束的振幅与相位,实现了非机械式的精准光束控制。

这项突破性技术为开发下一代紧凑型、便携式、低成本3D打印设备奠定了基础。仅凭手掌大小的光子芯片就能实现秒级3D物体成型,或将彻底革新现代制造模式,其影响可媲美3D打印技术对现代创新方式的变革。

与传统3D打印机依赖笨重机械系统进行材料逐层堆积不同,这项创新技术有效突破了现有设备在打印速度、分辨率、便携性及材料兼容性等方面的局限。

值得一提的是,该团队还开发出基于芯片的微型"牵引光束"技术,能够无损捕获和操控生物粒子。这项衍生应用为生物医学研究提供了新工具,可在不污染样本的情况下开展DNA研究或疾病机制探索。

研究人员指出,这种新型集成光学镊子技术开创了生物实验新范式,大幅拓展了光学操控技术在生命科学领域的应用前景。

业界专家认为,这项芯片级3D打印技术有望为军事、医疗、工程及消费电子等领域带来革命性变革,提供更便捷、高效的3D物体制造方案。目前全球主流的3D打印技术包括熔融沉积成型(FDM)、粉末床熔融、喷墨打印和光聚合等,其中FDM技术在消费级市场占据主导地位。

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