基于芯片的3D打印机，可随时随地制作原型

近期，麻省理工学院（MIT）和德克萨斯大学奥斯汀分校（UT Austin）的团队制造出了一种基于芯片的3D打印机概念验证。该设备小到足以装入一枚美国硬币，由1个毫米级的光子芯片组成，可向树脂井发射可重新配置的光束，当光线照射到树脂井时，树脂井会固化成固体形状。

进一步开发后，这种基于芯片的3D打印机可用于在旅途中快速创建小型定制物品

该原型摒弃了移动部件，而采用了微小的光学天线阵列来引导光束进入快速固化树脂，将硅光子学与光化学相结合，打印出任意的二维图案。由Jelena Notaros教授领导的麻省理工学院小组此前曾开发出集成光学相控阵系统，该系统利用一系列微型天线，采用半导体制造工艺在芯片上制造出光束转向装置。通过加速或延迟天线阵列两侧的光信号，发射的光束可以向某个方向移动。

该小组与UT Austin大学助理教授Zak Page领导的小组合作，后者展示了可利用可见光波长快速固化的专用树脂。论文第一作者Sabrina Corsetti说：光固化树脂很难在红外线波长下固化，而红外线波长正是过去集成光学相控阵系统用于激光雷达的波长。

他们的原型包括一个光子芯片，内含160纳米厚的光学天线阵列。当芯片外的激光器供电时，天线会向光固化树脂井发射一束可转向的可见光。芯片位于透明载玻片下方，就像显微镜中使用的载玻片一样，载玻片上有一个浅凹痕，用于固定树脂。研究人员利用电信号对光束进行非机械转向，使光束照射到的树脂凝固。

研究人员没有加热芯片来调制可见波长的光，而是利用液晶来制作集成到芯片上的紧凑型调制器。这种材料独特的光学特性使得调制器效率极高，长度仅约20微米。芯片上的单根波导可容纳来自片外激光器的光。波导上有微小的抽头，可以将光线输送到每个相位。研究小组密切合作，仔细调整了树脂的化学组合和浓度，以磨合出一种保质期长、固化速度快的配方。实际上，原型能够在几秒钟内打印出形状。

从长远来看，研究人员设想在该系统中，光子芯片位于树脂井的底部，并发出可见光的三维全息图，只需一步就能快速固化整个物体。Notaros说，这将需要一种全新的芯片设计，在论文中对此进行了部分阐述。