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麻省理工学院研究人员展示了一种新型基于芯片的树脂3D打印机

2024-06-14 15:09:30  来源:激光网    

  来自麻省理工学院和德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员展示了第一台基于芯片的树脂3D打印机。他们的概念验证小工具由一个毫米级的光子芯片组成,该芯片将可编程光束发射到树脂孔中,当暴露在光线下时,树脂孔会固化成固体结构。

  原型处理器没有移动部件,而是使用一系列小型光学天线来引导光束。光束向上投射到液态树脂中,该树脂经过精心设计,可在暴露于光束的可见光波长时快速固化。

  通过整合硅光子学和光化学,跨学科研究团队能够展示一种能够将光束引导到3D打印任意二维设计的芯片,包括字母M-I-T。形状可以在几秒钟内完全构建。

  硅光子学和特种树脂

  专门研究硅光子学的Notaros小组创造了集成的光学相控阵器件,该器件使用芯片上的微尺度天线引导光束。它们可以改变天线阵列两侧的光信号以控制光束。这些系统对于激光雷达传感器至关重要,激光雷达传感器使用红外光对周围环境进行测量。最近,该小组已将重点转移到为增强现实应用产生和引导可见光的设备上。

  大约在他们开始集思广益的同时,德克萨斯大学奥斯汀分校的佩奇小组首次开发了可以利用可见光波长快速固化的专用树脂。这是使基于芯片的3D打印机成为现实的缺失部分。

  Corsetti补充道:“在这里,我们通过使用可见光固化树脂和可见光发光芯片来制造这种基于芯片的3D打印机,在标准光化学和硅光子学之间相遇。你把两种技术融合成一个全新的想法。

  基于芯片的树脂3D打印机

  他们的原型由一个带有160纳米光学天线阵列的光子芯片组成。(一张纸的厚度约为 100,000 纳米。整个芯片适合美国四分之一。

  当由片外激光器驱动时,天线将可操纵的可见光束引导到光固化树脂孔中。芯片位于透明载玻片下方,类似于显微镜中使用的载玻片,该载玻片有一个小凹陷,可以捕获树脂。研究人员利用电脉冲以非机械方式引导激光束,使树脂在撞击的任何地方都变硬。

  德克萨斯大学奥斯汀分校的佩奇小组与麻省理工学院的 Notaros 小组密切合作,微调化学组合和浓度,以实现保质期长、固化的配方。

  最后,科学家们证明他们的原型可以在几秒钟内3D打印任何二维形状。

  展望

  从长远来看,研究人员预见到一个系统,其中光子芯片位于树脂井的底部,并创建可见光的3D全息图,从而一步固化一个完整的物体。

  这种类型的便携式3D打印机可以有广泛的应用,包括允许医生构建定制的医疗设备组件和工程师在工作现场创建快速原型。

  这项研究得到了美国国家科学基金会、国防高级研究计划局、罗伯特·韦尔奇基金会、麻省理工学院罗尔夫·G·洛彻捐赠奖学金以及麻省理工学院弗雷德里克和芭芭拉·克罗宁奖学金的部分支持。

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