Zespół z Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Uniwersytetu Teksasu w Austin opracował dowód słuszności koncepcji drukarki 3D opartej na pojedynczym chipie optycznym. Spopularyzowali tę koncepcję Teraz w czasopiśmie „Nature Light Science and Applications” w otwartym dostępie.

reklama

Koncepcja ta nie zawiera ruchomych części i może utorować drogę kompaktowym i mobilnym drukarkom 3D. Podejście to łączy fotonikę krzemową z fotochemią: chip wielkości milimetra wysyła konfigurowalne wiązki światła do kąpieli z żywicy. Żywica twardnieje pod wpływem światła o określonej długości fali. Zamiast ruchomych części, chip steruje wiązką światła za pomocą szeregu małych anten optycznych. Kształty 2D, takie jak litery, można wydrukować w ciągu kilku sekund.

„Ten system całkowicie na nowo definiuje drukarkę 3D” – mówi Jelena Notaros, główna autorka badania i profesor na Uniwersytecie Harvarda. „To już nie jest duże pudełko stojące na stole laboratoryjnym, ale raczej przenośna rzecz, która pasuje w ręce.” Inżynieria elektryczna i informatyka na MIT.

Wiązka światła określa kształt obiektu

Prototyp składa się z pojedynczego chipa fotonicznego zawierającego szereg anten optycznych o grubości 160 nanometrów. Cały chip mieści się na monecie ćwierćdolarowej amerykańskiej – w porównaniu z 50-centową monetą europejską.

Jeśli chip zostanie napromieniowany zewnętrznym laserem, anteny wysyłają kontrolowaną wiązkę światła do kąpieli z żywicą. Szkiełko znajduje się pod przezroczystym szkiełkiem mikroskopowym, takim jak te stosowane w mikroskopach. Posiada płytkie zagłębienie, do którego wpada żywica. Naukowcy wykorzystują sygnały elektryczne do niemechanicznego sterowania wiązką światła. Gdziekolwiek uderzy samolot, żywica twardnieje.

Aby zmodyfikować widzialną długość fali światła, badacze wykorzystują ciekłe kryształy. Ich właściwości optyczne pozwalają na precyzyjną kontrolę amplitudy i fazy światła kierowanego na anteny.

Utwardzanie światłem widzialnym dzięki specjalnej żywicy

Zespół kierowany przez Zachariaha Page’a z Uniwersytetu Teksasu w Austin Równolegle opracowuj specjalne żywiceKtóre można szybko leczyć za pomocą fal światła widzialnego. Do tej pory obróbka żywic fotoutwardzalnych w zakresie fal podczerwonych była trudna, co w przeszłości stosowano w zastosowaniach lidarowych ze zintegrowanymi systemami fotonicznych układów fazowanych.

W dłuższej perspektywie naukowcy przewidują system, w którym chip optyczny zostanie umieszczony na dnie naczynia z żywicą i emituje trójwymiarowy hologram światła widzialnego, które szybko leczy całe ciało w jednym kroku.

Wizja: Trójwymiarowy hologram wykonany ze światła widzialnego

Te przenośne drukarki 3D mogą być wykorzystywane do wytwarzania niestandardowych produktów medycznych lub umożliwiają inżynierom szybkie prototypowanie na miejscu. Zdaniem naukowców, aby to osiągnąć, potrzebny jest nowy projekt krzemowych chipów fotonicznych. Badanie już zarysowało, jak taki system mógłby wyglądać.

(Faza)