7 月 6 日消息，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(kāi)發(fā)出了全球首款芯片級(jí) 3D 打印機(jī)原型。相關(guān)成果已發(fā)表于《自然》子刊，團(tuán)隊(duì)下一步將開(kāi)發(fā)可單步全息固化的光子芯片系統(tǒng)。

據(jù)介紹，原型芯片搭載 160 納米厚光學(xué)天線（普通紙張約 10 萬(wàn)納米厚），整體尺寸甚至小于 25 美分硬幣，可通過(guò)毫米級(jí)光子芯片發(fā)射可重構(gòu)光束，使樹(shù)脂在可見(jiàn)光波長(zhǎng)照射下快速固化成型。

這款概念驗(yàn)證設(shè)備由單枚光子芯片構(gòu)成，無(wú)任何活動(dòng)部件。芯片表面集成微米級(jí)光學(xué)天線陣列，通過(guò)操控光束射入特制樹(shù)脂槽。

據(jù)介紹，這種樹(shù)脂經(jīng)過(guò)特殊優(yōu)化設(shè)計(jì)，可在特定可見(jiàn)光波長(zhǎng)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(shí)間。后續(xù)，科研人員希望使樹(shù)脂槽底部的光子芯片發(fā)射三維全息可見(jiàn)光，從而一步完成物體整體固化。這種便攜設(shè)備有望應(yīng)用于醫(yī)療定制（如手術(shù)器械部件）與工程現(xiàn)場(chǎng)快速原型制作。

設(shè)備工作時(shí)，外部激光驅(qū)動(dòng)天線向樹(shù)脂槽發(fā)射可控可見(jiàn)光束。研究人員采用液晶材料制成緊湊型調(diào)制器（長(zhǎng)約 20 微米），通過(guò)電場(chǎng)精確調(diào)控光束振幅與相位，實(shí)現(xiàn)非機(jī)械式光束轉(zhuǎn)向。

論文作者、電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授耶萊娜?諾塔羅斯（Jelena Notaros）表示：“該系統(tǒng)正在徹底重新定義 3D 打印機(jī)的概念。它不再是實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)上的大型設(shè)備，而是手持便攜的工具。這項(xiàng)技術(shù)可能催生的新應(yīng)用以及它對(duì) 3D 打印領(lǐng)域的改變令人振奮。”

研究核心突破源于硅光子學(xué)與光化學(xué)的跨學(xué)科結(jié)合。諾塔羅斯團(tuán)隊(duì)此前開(kāi)發(fā)的集成光學(xué)相控陣系統(tǒng)，通過(guò)芯片表面微天線陣列操控光束方向。與此同時(shí)，奧斯汀分校佩奇團(tuán)隊(duì)（Page Group）首創(chuàng)了可見(jiàn)光波長(zhǎng)快速固化樹(shù)脂技術(shù) —— 這也是芯片級(jí) 3D 打印機(jī)的關(guān)鍵所在。

論文第一作者薩布麗娜?科爾塞蒂（Sabrina Corsetti）解釋道：“過(guò)去用于激光雷達(dá)的紅外波長(zhǎng)光子芯片難以實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂完全固化。此次我們通過(guò)可見(jiàn)光固化樹(shù)脂與可見(jiàn)光發(fā)射芯片在標(biāo)準(zhǔn)光化學(xué)和硅光子學(xué)之間找到交匯點(diǎn)，兩種技術(shù)的融合催生了全新概念。”