I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e dell’Università del Texas di Austin hanno compiuto un passo importante verso lo sviluppo della prima stampante 3D basata su chip. La prova di fattibilità è costituita da un singolo chip fotonico su scala millimetrica che emette fasci di luce riconfigurabili in un pozzo di resina che polimerizza in una forma solida quando la luce lo colpisce.
Immagina una stampante 3D portatile da tenere nel palmo della mano con cui potresti realizzare rapidamente oggetti personalizzati e a basso costo mentre sei in movimento, come un elemento di fissaggio per riparare una ruota di bicicletta traballante o un componente per un’operazione medica critica.
I ricercatori del MIT e dell’Università del Texas di Austin hanno compiuto una svolta verso lo sviluppo della prima stampante 3D basata su chip.
Il chip prototipo non ha parti mobili, ma si affida a una serie di minuscole antenne ottiche per dirigere un raggio di luce. Il raggio si proietta in una resina liquida progettata per polimerizzare rapidamente se esposta alla lunghezza d’onda della luce visibile del raggio.
Combinando la fotonica del silicio e la fotochimica, il team di ricerca interdisciplinare è stato in grado di dimostrare un chip in grado di indirizzare i raggi luminosi verso modelli bidimensionali arbitrari stampati in 3D, comprese le lettere M-I-T.
A lungo termine, i ricercatori immaginano un sistema in cui un chip fotonico si trova sul fondo di un pozzo di resina ed emette un ologramma 3D di luce visibile, polimerizzando rapidamente un intero oggetto in un unico passaggio.
Questo tipo di stampante 3D portatile potrebbe avere molte applicazioni, per esempio consentire ai medici di produrre componenti di dispositivi su misura o consentire agli ingegneri di ottenere prototipi rapidi in un cantiere.
Il prototipo è costituito da un singolo chip fotonico contenente una serie di antenne ottiche spesse 160 nanometri, mentre un foglio di carta ha uno spessore di circa 100.000 nanometri. L’intero chip può contenere un quarto di dollaro americano.
Quando sono alimentate da un laser esterno al chip, le antenne emettono un raggio orientabile di luce visibile nel pozzetto di resina fotoinduribile. Il chip si trova sotto un vetrino trasparente, come quelli utilizzati nei microscopi, che contiene una rientranza poco profonda che trattiene la resina. I ricercatori usano segnali elettrici per orientare in modo non meccanico il raggio luminoso, facendo solidificare la resina ovunque il raggio la colpisca.
Dritti all’obiettivo
Basandosi su questo prototipo, i ricercatori vogliono passare allo sviluppo di un sistema come quello originariamente concettualizzato: un chip che emette un ologramma di luce visibile in un pozzo di resina per consentire la stampa 3D volumetrica in un solo passaggio. “Per poterlo fare, abbiamo bisogno di un chip dal design fotonico al silicio completamente nuovo – afferma l’autrice senior dello studio Jelena Notaros –. Continueremo a lavorare verso questa dimostrazione definitiva”.
