導(dǎo)讀：傳統(tǒng)的3D打印機依賴大型復(fù)雜的機械系統(tǒng)，限制了打印速度、分辨率、便攜性、外形尺寸和材料復(fù)雜性。為了解決這些問題，研究人員結(jié)合硅光子學(xué)和光化學(xué)，提出了第一款基于芯片的3D打印機。

想象一下，你把家門鑰匙弄丟了，然后從口袋里拿出一臺3D打印機來制作一把新的鑰匙。

近日，據(jù)資源庫了解，麻省理工學(xué)院和德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員在將這一愿景變?yōu)楝F(xiàn)實方面邁出了重要一步。這項工作結(jié)合了硅光子學(xué)和光化學(xué)領(lǐng)域，提出了首個基于芯片的3D打印技術(shù)。該系統(tǒng)僅由一個毫米級的光子芯片組成，沒有任何移動部件，可以將可見光全息圖投射到固定的樹脂池中，實現(xiàn)非機械的3D打印。

基于芯片的3D打印微型概念驗證，圖片來源：《自然》

研究人員首先提出了這種基于芯片的3D打印機的概念，并概述了其關(guān)鍵要求。然后，通過結(jié)合可見光集成光學(xué)相控陣和可見光激活光化學(xué)等技術(shù)，進行了概念驗證，演示了基于芯片的3D打印。該系統(tǒng)能夠發(fā)射光束并非機械地引導(dǎo)到樹脂中進行固化，成功打印出亞毫米級的體素。

此外，研究團隊使用其原型在幾秒鐘內(nèi)3D打印出任意二維形狀。

基于芯片3D打印機制作的MIT徽標(biāo)，圖片來源：《自然》

他們的原型由一個包含160納米厚光學(xué)天線陣列的單一光子芯片組成，整個芯片可以放在一枚美國25美分硬幣上。當(dāng)由芯片外的激光器供電時，天線向光固化樹脂池發(fā)射可引導(dǎo)的可見光束。芯片位于一個透明載玻片下方，就像顯微鏡中使用的載玻片，載玻片中有一個淺凹槽，用于容納樹脂。研究人員使用電信號非機械地引導(dǎo)光束，使樹脂在光束照射到的地方固化。

用于概念驗證演示的3D打印機裝置，圖片來源：《自然》

未來，研究人員計劃進一步完善這一概念，展示完整的基于芯片的體積3D打印機。他們將耦合可調(diào)節(jié)的激光器，修改標(biāo)準(zhǔn)商用SLA 3D打印機的光學(xué)元件，并開發(fā)下一代基于聚焦光學(xué)相控陣的芯片，實現(xiàn)高分辨率的完全非機械3D打印。

基于芯片的3D打印機的概念圖，圖片來源：《自然》

最終目標(biāo)是通過全息光學(xué)相控陣實現(xiàn)單次體積3D打印，并與CMOS電子芯片集成，使用手持打印機一次性固化整個3D物體。同時，還將改進樹脂以適應(yīng)全息3D打印。

最后，這項工作展示了向高度緊湊、便攜且低成本的下一代3D打印機邁出的重要一步。如果能夠規(guī)模化并商業(yè)化，那么它將成為3D打印技術(shù)數(shù)十年來最大的突破之一。事實上，目前市場上已有唯一一家體積3D打印商業(yè)選擇，即Xolo。

導(dǎo)讀：傳統(tǒng)的3D打印機依賴大型復(fù)雜的機械系統(tǒng)，限制了打印速度、分辨率、便攜性、外形尺寸和材料復(fù)雜性。為了解決這些問題，研究人員結(jié)合硅光子學(xué)和光化學(xué)，提出了第一款基于芯片的3D打印機。

想象一下，你把家門鑰匙弄丟了，然后從口袋里拿出一臺3D打印機來制作一把新的鑰匙。

近日，據(jù)資源庫了解，麻省理工學(xué)院和德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員在將這一愿景變?yōu)楝F(xiàn)實方面邁出了重要一步。這項工作結(jié)合了硅光子學(xué)和光化學(xué)領(lǐng)域，提出了首個基于芯片的3D打印技術(shù)。該系統(tǒng)僅由一個毫米級的光子芯片組成，沒有任何移動部件，可以將可見光全息圖投射到固定的樹脂池中，實現(xiàn)非機械的3D打印。

基于芯片的3D打印微型概念驗證，圖片來源：《自然》

研究人員首先提出了這種基于芯片的3D打印機的概念，并概述了其關(guān)鍵要求。然后，通過結(jié)合可見光集成光學(xué)相控陣和可見光激活光化學(xué)等技術(shù)，進行了概念驗證，演示了基于芯片的3D打印。該系統(tǒng)能夠發(fā)射光束并非機械地引導(dǎo)到樹脂中進行固化，成功打印出亞毫米級的體素。

此外，研究團隊使用其原型在幾秒鐘內(nèi)3D打印出任意二維形狀。

基于芯片3D打印機制作的MIT徽標(biāo)，圖片來源：《自然》

他們的原型由一個包含160納米厚光學(xué)天線陣列的單一光子芯片組成，整個芯片可以放在一枚美國25美分硬幣上。當(dāng)由芯片外的激光器供電時，天線向光固化樹脂池發(fā)射可引導(dǎo)的可見光束。芯片位于一個透明載玻片下方，就像顯微鏡中使用的載玻片，載玻片中有一個淺凹槽，用于容納樹脂。研究人員使用電信號非機械地引導(dǎo)光束，使樹脂在光束照射到的地方固化。

用于概念驗證演示的3D打印機裝置，圖片來源：《自然》

未來，研究人員計劃進一步完善這一概念，展示完整的基于芯片的體積3D打印機。他們將耦合可調(diào)節(jié)的激光器，修改標(biāo)準(zhǔn)商用SLA 3D打印機的光學(xué)元件，并開發(fā)下一代基于聚焦光學(xué)相控陣的芯片，實現(xiàn)高分辨率的完全非機械3D打印。

基于芯片的3D打印機的概念圖，圖片來源：《自然》

最終目標(biāo)是通過全息光學(xué)相控陣實現(xiàn)單次體積3D打印，并與CMOS電子芯片集成，使用手持打印機一次性固化整個3D物體。同時，還將改進樹脂以適應(yīng)全息3D打印。

最后，這項工作展示了向高度緊湊、便攜且低成本的下一代3D打印機邁出的重要一步。如果能夠規(guī)模化并商業(yè)化，那么它將成為3D打印技術(shù)數(shù)十年來最大的突破之一。事實上，目前市場上已有唯一一家體積3D打印商業(yè)選擇，即Xolo。