MIT ve Austin’deki Texas Üniversitesi’nden araştırmacılar, avuç içine sığabilecek kadar küçük ama çığır açan çip tabanlı bir 3D yazıcı geliştirdiler. Kavram kanıtı (PoC) olarak gösterilen bu yenilikçi cihaz, yeniden yapılandırılabilir ışık ışınlarını bir reçine kuyusuna yaymak için milimetre ölçekli bir fotonik çip kullanıyor. Reçine, ışığa maruz kaldığında katı şekillere dönüşerek kişiselleştirilmiş, düşük maliyetli nesnelerin hızlı, hareket halinde oluşturulmasını sağlıyor.
Prototip çip, ışık ışınlarını herhangi bir hareketli parça olmadan yönlendirmek için bir dizi küçük optik anten kullanıyor. Bu ışın, görünür ışıkla çarpıldığında hızla sertleşecek şekilde tasarlanmış sıvı bir reçineye doğru uzanır. Disiplinlerarası ekip, “M-I-T” harfleri gibi iki boyutlu desenleri yalnızca saniyeler içinde basmak için ışık ışınlarını yönlendirebilen bir çip oluşturmak üzere silikon fotoniği fotokimya ile birleştirdi.
Gelecekte, fotonik çipin reçine kuyusuna 3 boyutlu ışık hologramı yayarak tüm nesneyi tek adımda iyileştirebileceği bir sistem öngörülüyor. Bu taşınabilir 3D yazıcının potansiyel uygulamaları arasında tıbbi cihaz bileşenlerinin yerinde oluşturulması ve mühendislerin sahada hızlı prototipler yapmasına olanak sağlanması yer alıyor.
Araştırma ekibinde MIT’den Jelena Notaros ve Sabrina Corsetti’nin yanı sıra Austin’deki Texas Üniversitesi ve MIT’den işbirlikçileri yer alıyor. Sonuçlar ise Nature Light Science and Applications dergisinde yayınlandı.
Silikon fotonik uzmanı Notaros grubu, mikro ölçekli antenler kullanarak ışık ışınlarını yönlendiren entegre optik fazlı dizi sistemleriyle önceki çalışmalarını güçlendirdi. Başlangıçta lidar sensörleri için kullanılan bu sistemler, bu yeni 3D baskı uygulaması için görünür ışığı yaymak ve yönlendirmek üzere uyarlandı. Eş zamanlı olarak, UT Austin’deki Page Group, görünür ışıkla hızla sertleşen ve çip tabanlı 3D yazıcı için hayati önem taşıyan bileşeni sağlayan özel reçineler geliştirdi.
Prototip, ışık ışınını reçineye yönlendiren, çip dışı bir lazerle çalışan, 160 nanometre kalınlığında optik anten dizisine sahip bir fotonik çip içeriyor. Elektrik sinyalleri ışını mekanik olmayan bir şekilde yönlendirerek reçinenin çarptığı yerde katılaşmasını sağlar.
Ekip, görünür dalga boyundaki ışığı verimli bir şekilde modüle etmek için kompakt ve çipe entegre olan sıvı kristal modülatörleri kullandı. Bu modülatörler ışığın genliğini ve fazını kontrol ederek ışının hassas şekilde yönlendirilmesini sağlıyor.
UT Austin’deki Page Group, ışıkla sertleştirilebilir reçineyi geliştirmek için MIT ekibiyle yakın işbirliği yaparak, uzun bir raf ömrüne ve hızlı kürlenme özelliklerine sahip olmasını sağladı. Başarılı prototip 3D, rastgele iki boyutlu şekilleri saniyeler içinde bastı.
Araştırmacılar, yeni bir silikon-fotonik çip tasarımı gerektiren, hacimsel 3D baskı için görünür ışık hologramını tek adımda yayan bir sistem geliştirmeyi amaçlıyor.
