3D-принтер на одном чипе: новая разработка MIT

Инженеры из MIT (Массачусетский технологический институт) создали первую в мире конструкцию 3D-принтера на основе единственного чипа. Принцип его работы заключается в излучении световых пучков в резервуар со смолой для формирования объектов, а в дальнейшем система будет доработана, чтобы иметь возможность полностью осуществлять объемную печать непосредственно на чипе. Новое оборудование на основе чипа размером с монетку можно назвать впечатляющим слиянием технологий 3D-печати и кремниевой фотоники.

Новый принтер лишен движущихся частей. Конструкторы заменили их направляющими световые лучи в небольшой объем смолы антеннами. Процесс «печати» занимает считанные секунды, и чип уже демонстрирует способность создавать двумерные узоры, например, буквы. Сам чип представляет собой специализированное кремниевое фотонное устройство, разработанное командой. Данная система кардинально изменит привычное представление о том, что 3D-принтер представляет собой громоздкое стационарное устройство.

Новый портативный гаджет умещается в ладони, что открывает захватывающие перспективы для использования в такой сфере как 3D-моделирование и создании новых направлений для применения аддитивных технологий.

Над проектом работает междисциплинарная группа Нотарос, объединившая экспертов в области кремниевой фотоники и фотохимии. Их работа опирается на предыдущие наработки MIT и сторонние исследования. Ранее команда уже создавала фотонные чипы, которые можно разместить на 25-центовой монете, используя аналогичные антенны. В новом чипе с помощью традиционных методов производства была сформирована решетка оптических антенн толщиной 160 нанометров. Управление светом от антенн осуществляется за счет изменения скорости поступающих в решетку оптических сигналов.

Кремниевая фотоника — это перспективное направление в производстве чипов, где передача данных осуществляется при помощи световых лучей, а не электричества. Эта дисциплина привлекает внимание крупных корпораций и производителей чипов по обе стороны Тихого океана, поскольку США и Китай соревнуются в раскрытии ее потенциала. 

Уникальная конструкция фотонного чипа была дополнена новыми фоточувствительными смолами, разработанными в Техасском университете в Остине. Затвердевание смол происходит под воздействием световых волн определенной длины. Совместное применение этих технологий позволяет создавать простые трехмерные формы и узлы. Лазер, расположенный вне чипа, направляется через антенную решетку на прозрачное стеклянное предметное стекло с фотополимерной смолой. Лазерный свет направляется в смолы программируемыми оптическими антеннами, чтобы создать двухмерные объекты. Следующей целью исследователей является создание нового, специализированного чипа, который позволит выйти за рамки 2D-форм и осуществить объемную 3D-печать.

Вопрос о практической реализации одноэтапной объемной световой печати пока остается открытым. Область кремниевой фотоники еще молода по сравнению с традиционной электроникой, и исследования активно продолжаются. Тем не менее такой инновационный подход к световой 3D-печати имеет все шансы стать значительным прорывом.