V prihodnosti bi lahko imeli žepne 3D tiskalnike

Raziskovalka Sabrina Corsetti z inštituta MIT in njeni sodelavci iz skupine za fotoniko in elektroniko so razvili naprave velikosti čipa, ki omogočajo doslej nepredstavljive optične aplikacije ter premikajo meje mogočega. Ekipo vodi profesorica Jelena Notaros, ki je skupaj s sodelavci zasnovala 3D tiskalnik, ki usmerja prilagodljiv snop svetlobe v smolo ter tako ustvarja trdne oblike. Naprava je tako majhna, da jo lahko držimo na dlani, pričakuje pa se, da bo omogočila hitro izdelavo prilagojenih, cenovno dostopnih predmetov praktično kjerkoli.

Sitem sestavlja zgolj en izjemno majhen čip

Raziskovalci so združili področji silikonske fotonike in fotokemije ter zasnovali prvi 3D tiskalnik na osnovi čipa. Posebej so poudarili, da celoten sistem sestavlja zgolj en fotonski čip milimetrske velikosti brez kakršnihkoli gibljivih delov, ki projicira nastavljive vidne svetlobne holograme v preprosto, negibno posodico s smolo ter s tem omogoča nemehansko 3D tiskanje.

Ekipa je eksperimentalno prikazala tudi delujočo dokazno različico, ki jo je navdihnila stereolitografija (proces strjevanja tekoče smole z laserjem). Uporabili so integrirano optično fazno matriko za usmerjanje vidne svetlobe ter smolo, strjeno z vidno svetlobo – s čimer so prvič prikazali 3D tiskanje na osnovi čipa.

Raziskovalci menijo, da njihov pristop predstavlja prve korake k zelo kompaktnim, prenosnim in nizkocenovnim rešitvam nove generacije 3D tiskalnikov. Verjamejo, da bo možnost ustvarjanja 3D predmetov na dlani, v nekaj sekundah in zgolj z enim fotonskim čipom, preoblikovala sodobno proizvodnjo, tako kot je 3D tiskanje že spremenilo ustvarjanje v skoraj vseh segmentih družbe.

Rešitev, ki presega omejitve

Današnje 3D tiskalnike poganjajo veliki in zapleteni mehanski sistemi za plastno nalaganje materiala, kar omejuje hitrost, ločljivost, prenosljivost, obliko in kompleksnost uporabljenih materialov. Nova rešitev raziskovalcev z inštituta MIT pa te omejitve presega.

Ekipa je razvila še miniaturni »traktorski žarek«, ki s pomočjo snopa svetlobe zajame in premika biološke delce kar na čipu. To bi lahko biologom pomagalo pri raziskovanju DNA ali proučevanju mehanizmov bolezni brez tveganja za onesnaženje vzorcev. Naprava uporablja močno fokusiran svetlobni snop za zajemanje in manipulacijo celic, pri tem pa prinaša novo metodo za integrirane optične pincete, ki bistveno razširi njihovo uporabnost, zlasti v bioloških eksperimentih.

Raziskovalci pričakujejo, da bo njihova tehnologija 3D tiskanja na osnovi čipa omogočila izjemno kompaktne, prenosne in cenovno dostopne 3D tiskalnike prihodnosti. Takšna rešitev bi lahko zagotovila hitrejši in dostopnejši način ustvarjanja 3D objektov z vplivom na širok spekter področij – od vojaškega, medicinskega in inženirskega do potrošniškega.

Doslej je bilo komercializiranih že veliko metod 3D tiskanja, kot so ekstrudiranje (FDM), taljenje prašnih plasti, brizganje in polimerizacija s svetlobo. Na potrošniškem trgu je še vedno najbolj razširjena tehnologija FDM, ki temelji na iztiskanju materiala. Nova rešitev pa obeta prelomnico, ki bi lahko to področje dvignila na povsem novo raven.