導讀：傳統(tǒng)的3D打印機依賴大型復雜的機械系統(tǒng)，限制了打印速度、分辨率、便攜性、外形尺寸和材料復雜性。為了解決這些問題，研究人員結合硅光子學和光化學，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，麻省理工學院和德克薩斯大學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。這項工作結合了硅光子學和光化學領域，提出了首個基于芯片的3D打印技術。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，并概述了其關鍵要求。然后，通過結合可見光集成光學相控陣和可見光激活光化學等技術，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3D打印出任意二維形狀。

基于芯片3D打印機制作的MIT徽標，圖片來源：《自然》

他們的原型由一個包含160納米厚光學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。他們將耦合可調節(jié)的激光器，修改標準商用SLA 3D打印機的光學元件，并開發(fā)下一代基于聚焦光學相控陣的芯片，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》

最終目標是通過全息光學相控陣實現(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)?；⑸虡I(yè)化，那么它將成為3D打印技術數(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。

導讀：傳統(tǒng)的3D打印機依賴大型復雜的機械系統(tǒng)，限制了打印速度、分辨率、便攜性、外形尺寸和材料復雜性。為了解決這些問題，研究人員結合硅光子學和光化學，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，麻省理工學院和德克薩斯大學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。這項工作結合了硅光子學和光化學領域，提出了首個基于芯片的3D打印技術。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，并概述了其關鍵要求。然后，通過結合可見光集成光學相控陣和可見光激活光化學等技術，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3D打印出任意二維形狀。

基于芯片3D打印機制作的MIT徽標，圖片來源：《自然》

他們的原型由一個包含160納米厚光學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。他們將耦合可調節(jié)的激光器，修改標準商用SLA 3D打印機的光學元件，并開發(fā)下一代基于聚焦光學相控陣的芯片，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》

最終目標是通過全息光學相控陣實現(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)?；⑸虡I(yè)化，那么它將成為3D打印技術數(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。