麻省理工學(xué)院 (MIT) 創(chuàng)建基于芯片的手持式3D打印機(jī)
時(shí)間：2024-06-12 11:06 來(lái)源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2024年6月，麻省理工學(xué)院 (MIT) 和德克薩斯大學(xué) (UT) 的研究人員創(chuàng)建了一種概念驗(yàn)證設(shè)備——第一臺(tái)基于芯片的 3D
打印機(jī)，此項(xiàng)研究由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF) 和國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)等組織資助。研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在《Nature Light
Science and Applications》期刊上，題目為《Silicon-photonics-enabled chip-based 3D
printer》。
這個(gè)微小的設(shè)備只有一個(gè)毫米級(jí)的光子芯片，利用可重構(gòu)的光束將樹(shù)脂固化成實(shí)體形狀。此設(shè)備的亮點(diǎn)是沒(méi)有機(jī)械地移動(dòng)部件，而是依靠片外激光器通過(guò)電信號(hào)引導(dǎo)光學(xué)天線。通過(guò)結(jié)合硅光子學(xué)和光化學(xué)，這個(gè)跨學(xué)科的研究團(tuán)隊(duì)成功演示了一個(gè)可以操縱光束進(jìn)行 3D 打印的芯片，形成包括“M-I-T”字母在內(nèi)的任意二維圖案。這些形狀可以在幾秒鐘內(nèi)完全成型(在幾秒鐘內(nèi)生成亞毫米級(jí)體素）。
△圖片來(lái)源：《Nature Light Science and Applications》
接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃利用其研究成果制造出能夠進(jìn)行全息圖立體 3D 打印的芯片，一步完成整個(gè)物體的快速固化。這種便攜式 3D 打印機(jī)可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，例如幫助臨床醫(yī)生制作定制的醫(yī)療器械零部件，或者讓工程師在工地上快速制作原型。此項(xiàng)創(chuàng)新重新定義了 3D 打印的概念，使其變得手持便攜，激發(fā)了更多新的應(yīng)用前景。
論文的作者、EECS 教授 Jelena Notaros 表示：“該系統(tǒng)完全重新定義了 3D 打印機(jī)的概念。它不再是放在實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)上制作物品的大盒子，而是可以手持和攜帶的東西。想想由此可能產(chǎn)生的新應(yīng)用以及 3D 打印領(lǐng)域可能如何改變，真是令人興奮。”
論文的主要作者、EECS 研究生 Sabrina Corsetti 解釋說(shuō)：“光固化樹(shù)脂很難在紅外波長(zhǎng)下完全固化，而過(guò)去集成光學(xué)相控陣流在激光雷達(dá)中就是在紅外波長(zhǎng)下運(yùn)行的。在這里，我們通過(guò)使用可見(jiàn)光固化樹(shù)脂和可見(jiàn)光發(fā)射芯片，在標(biāo)準(zhǔn)光化學(xué)和硅光子學(xué)之間找到平衡，將這兩種技術(shù)融合成一個(gè)全新的想法，從而創(chuàng)造出這種基于芯片的 3D 打印機(jī)。”
△圖片來(lái)源：《Nature Light Science and Applications》
“將兩種技術(shù)融合成一個(gè)全新理念”這一概念一針見(jiàn)血地詮釋了未來(lái)十年制造業(yè)研發(fā)熱潮的趨勢(shì)。這意味著不再局限于某一種單一的技術(shù)，而是將多個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新成果結(jié)合起來(lái)，產(chǎn)生更強(qiáng)大、更有創(chuàng)意的解決方案。其中，增材制造（AM）在這一模式中扮演著關(guān)鍵角色。AM 不僅具備設(shè)計(jì)自由度，還能應(yīng)用于各種高科技領(lǐng)域，為未來(lái)的制造業(yè)帶來(lái)無(wú)限可能。
這個(gè)微小的設(shè)備只有一個(gè)毫米級(jí)的光子芯片，利用可重構(gòu)的光束將樹(shù)脂固化成實(shí)體形狀。此設(shè)備的亮點(diǎn)是沒(méi)有機(jī)械地移動(dòng)部件，而是依靠片外激光器通過(guò)電信號(hào)引導(dǎo)光學(xué)天線。通過(guò)結(jié)合硅光子學(xué)和光化學(xué)，這個(gè)跨學(xué)科的研究團(tuán)隊(duì)成功演示了一個(gè)可以操縱光束進(jìn)行 3D 打印的芯片，形成包括“M-I-T”字母在內(nèi)的任意二維圖案。這些形狀可以在幾秒鐘內(nèi)完全成型(在幾秒鐘內(nèi)生成亞毫米級(jí)體素）。
△圖片來(lái)源：《Nature Light Science and Applications》
接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃利用其研究成果制造出能夠進(jìn)行全息圖立體 3D 打印的芯片，一步完成整個(gè)物體的快速固化。這種便攜式 3D 打印機(jī)可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，例如幫助臨床醫(yī)生制作定制的醫(yī)療器械零部件，或者讓工程師在工地上快速制作原型。此項(xiàng)創(chuàng)新重新定義了 3D 打印的概念，使其變得手持便攜，激發(fā)了更多新的應(yīng)用前景。
論文的作者、EECS 教授 Jelena Notaros 表示：“該系統(tǒng)完全重新定義了 3D 打印機(jī)的概念。它不再是放在實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)上制作物品的大盒子，而是可以手持和攜帶的東西。想想由此可能產(chǎn)生的新應(yīng)用以及 3D 打印領(lǐng)域可能如何改變，真是令人興奮。”
論文的主要作者、EECS 研究生 Sabrina Corsetti 解釋說(shuō)：“光固化樹(shù)脂很難在紅外波長(zhǎng)下完全固化，而過(guò)去集成光學(xué)相控陣流在激光雷達(dá)中就是在紅外波長(zhǎng)下運(yùn)行的。在這里，我們通過(guò)使用可見(jiàn)光固化樹(shù)脂和可見(jiàn)光發(fā)射芯片，在標(biāo)準(zhǔn)光化學(xué)和硅光子學(xué)之間找到平衡，將這兩種技術(shù)融合成一個(gè)全新的想法，從而創(chuàng)造出這種基于芯片的 3D 打印機(jī)。”
△圖片來(lái)源：《Nature Light Science and Applications》
“將兩種技術(shù)融合成一個(gè)全新理念”這一概念一針見(jiàn)血地詮釋了未來(lái)十年制造業(yè)研發(fā)熱潮的趨勢(shì)。這意味著不再局限于某一種單一的技術(shù)，而是將多個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新成果結(jié)合起來(lái)，產(chǎn)生更強(qiáng)大、更有創(chuàng)意的解決方案。其中，增材制造（AM）在這一模式中扮演著關(guān)鍵角色。AM 不僅具備設(shè)計(jì)自由度，還能應(yīng)用于各種高科技領(lǐng)域，為未來(lái)的制造業(yè)帶來(lái)無(wú)限可能。
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