MIT 团队推出首台芯片级 3D 打印机：比硬币还小，以纯光固化树脂技术实现手持打印

麻省理工学院（MIT）与得克萨斯大学奥斯汀分校联合开发出了全球首款芯片级 3D 打印机原型。相关成果已发表于《自然》子刊，团队下一步将开发可单步全息固化的光子芯片系统。

据介绍，原型芯片搭载 160 纳米厚光学天线（普通纸张约 10 万纳米厚），整体尺寸甚至小于 25 美分硬币，可通过毫米级光子芯片发射可重构光束，使树脂在可见光波长照射下快速固化成型。

这款概念验证设备由单枚光子芯片构成，无任何活动部件。芯片表面集成微米级光学天线阵列，通过操控光束射入特制树脂槽。

据介绍，这种树脂经过特殊优化设计，可在特定可见光波长下迅速固化。研究人员成功打印出包括“M-I-T”字母在内的任意二维图案，全程仅需几秒时间。后续，科研人员希望使树脂槽底部的光子芯片发射三维全息可见光，从而一步完成物体整体固化。这种便携设备有望应用于医疗定制（如手术器械部件）与工程现场快速原型制作。

设备工作时，外部激光驱动天线向树脂槽发射可控可见光束。研究人员采用液晶材料制成紧凑型调制器（长约 20 微米），通过电场精确调控光束振幅与相位，实现非机械式光束转向。

论文作者、电子工程与计算机科学系教授耶莱娜・诺塔罗斯（Jelena Notaros）表示：“该系统正在彻底重新定义 3D 打印机的概念。它不再是实验室工作台上的大型设备，而是手持便携的工具。这项技术可能催生的新应用以及它对 3D 打印领域的改变令人振奋。”

研究核心突破源于硅光子学与光化学的跨学科结合。诺塔罗斯团队此前开发的集成光学相控阵系统，通过芯片表面微天线阵列操控光束方向。与此同时，奥斯汀分校佩奇团队（Page Group）首创了可见光波长快速固化树脂技术 —— 这也是芯片级 3D 打印机的关键所在。

论文第一作者萨布丽娜・科尔塞蒂（Sabrina Corsetti）解释道：“过去用于激光雷达的红外波长光子芯片难以实现树脂完全固化。此次我们通过可见光固化树脂与可见光发射芯片在标准光化学和硅光子学之间找到交汇点，两种技术的融合催生了全新概念。”

附论文地址：

https://doi.org/10.1038/s41377-024-01478-2