全球首台芯片级3D打印机问世,MIT研发光子芯片系统实现秒级全息固化技术

2025-09-28 11:12:37 3153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成功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,下一阶段将致力于开发具备单步全息固化功能的光子芯片系统。

据悉,这款原型芯片采用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。通过毫米级光子芯片发射可重构光束,可使树脂在可见光照射下实现快速固化成型。

研究人员介绍,该技术首次将硅光子学与光化学领域的技术相结合,提出了基于芯片的3D打印解决方案。值得注意的是,该系统仅配备单一毫米级光子芯片,完全摒弃了传统机械部件。芯片通过向静止的树脂槽投射可重构的可见光全息图,实现了非机械式的3D打印。

在概念验证实验中,团队借鉴立体光刻技术原理,利用可见光束转向集成光学相控阵和特制可见光固化树脂,首次展示了芯片系统3D打印的可行性。

特别研发的树脂材料能够在特定可见光波长下快速固化。实验中,研究人员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可控可见光束,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参数,实现非机械式光束转向。

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。仅需一枚光子芯片即可在手掌大小的空间内实现秒级3D物体成型,这项创新有望像3D打印技术一样,彻底改变现代制造业格局。

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,这项新技术有效突破了打印速度、分辨率、便携性等方面的限制。

此外,研究团队还开发出微型"牵引光束"技术,利用芯片光束捕获和操控生物粒子。这项创新为生物医学研究提供了新工具,可在不污染组织样本的情况下研究DNA或疾病机制。

该微型装置采用高度聚焦的光束操控细胞,为集成光学镊子技术开辟了新路径,显著提升了其在生物实验等领域的适用性。

研究人员表示,这项基于芯片的3D打印技术有望推动下一代3D打印设备向更紧凑、便携、低成本方向发展,将在军事、医疗、工程及消费领域产生深远影响。

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工艺。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打印方案。

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