Кремниевая фотоника: 3D-принтер на чипе
Друзья, с момента основания проекта прошло уже 20 лет и мы рады сообщать вам, что сайт, наконец, переехали на новую платформу.
Какое-то время продолжим трудится на общее благо по адресу
На новой платформе мы уделили особое внимание удобству поиска материалов.
Особенно рекомендуем познакомиться с работой рубрикатора.
Спасибо, ждём вас на N-N-N.ru
Блог компании ua-hosting.company. Современный мир богат на технологии, которые многие годы оставались мечтами ученых и существовали лишь в теоретических изложениях. Несмотря на их практическую реализацию, путь совершенствования, как известно, не имеет видимого конца. Есть устройства, которые при появлении на рынке разлетаются как горячие пирожки. К таким относятся и 3D-принтеры, которые претерпели немало изменений с момента своего появления, однако они до сих полагаются на большие и сложные механические системы.
Ученые из Массачусетского технологического института (США) создали новый тип 3D-принтера, использующий реконфигурируемые лучи света, вызывающие затвердевание печатного материала. Какие принципы легли в основу разработки, как именно происходит процесс печати, и насколько новый принтер эффективен? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.
Основа исследования
Трехмерная печать стала технологией, которая оказала ощутимое влияние на очень многие спектры деятельности человека, от печати потребительских товаров и произведений искусства до общественной инфраструктуры и медицины. Ожидаемый процесс совершенствования трехмерной печати повлек за собой появление различных методов ее реализации, что позволило создавать объекты с высоким разрешением (с размером элементов всего 25 нм) до изготовления крупномасштабных компонентов (от ракетных двигателей до мостов).
На сегодняшний день коммерциализировано множество методов 3D-печати, включающих экструзию, плавление в порошковом слое, струйную печать и светоиндуцированную полимеризацию. На потребительском уровне наиболее широко используемым типом 3D-печати является моделирование методом наплавления (FDM от fused deposition modeling) — метод, основанный на экструзии. В FDM детали строятся слой за слоем путем нагрева и экструзии термопластических нитей. Несмотря на очевидную популярность FDM, данный метод уступает другим в рамках разрешения печати.
Напротив, методы, основанные на фотоотверждении, такие как стереолитография (SLA от stereolithography), цифровая обработка света (DLP от digital light processing) и стереолитография с маской (MSLA от masked stereolithography или LCD), предлагают более высокое разрешение печати, а коммерческие принтеры предлагают размеры элементов всего 10 мкм.
В SLA лазерный луч используется для отвержения заданного паттерна в виде тонкого слоя смолы на рабочей платформе, после чего рабочая платформа поднимается и образуется новый слой жидкой смолы. Эти циклы отверждения и движения платформы повторяются слой за слоем, пока процесс не будет завершен, а желаемая конструкция не будет создана.
Точно так же DLP-принтеры создают отпечатки путем послойного отверждения смол. Однако в то время как SLA создает отпечатки с использованием одного луча, DLP использует проекцию целых 2D-изображений на поверхность смолы, что приводит к более быстрому отверждению.
Изображение №1
Хотя методы, основанные на фотоотверждении, позволяют повысить разрешение печати, они требуют громоздких и сложных механических систем (1a), что в свою очередь ограничивает портативность, форм-фактор, разрешение, скорость печати и сложность используемого материала.
Потенциальное решение этой проблемы может быть найдено в области кремниевой фотоники. Используя масштабируемые методы изготовления КМОП (от комплементарная структура металл — оксид — полупроводник или CMOS от complementary metal–oxide–semiconductor) для создания оптических микросистем на основе кристаллов с новыми функциональными возможностями, улучшенной производительностью системы, снижением стоимости и уменьшением размера, веса и мощности, кремниевая фотоника позволила создать оптические технологии следующего поколения, которые способствовали революционным достижениям во многих областях науки и инженерия, включая вычислительную технику, связь, зондирование и квантовую инженерию.
Новый класс интегрированных фотонных систем — это интегрированные оптические фазированные массивы, которые состоят из массива встроенных в кристалл оптических антенн, питаемых контролируемыми фазами и амплитудами с помощью интегрированной фотонной схемы, что обеспечивает излучение и динамический контроль света, излучаемого в свободном пространстве при низких затратах и немеханическим способом.
Таким образом, системы на основе оптических фазовых лучей уже стали заметным и многообещающим решением для датчиков LiDAR* (от Light Identification, Detection and Ranging) следующего поколения для автономных транспортных средств. Однако, мотивированные этим первоначальным применением LiDAR, демонстрации интегрированных оптических фазовых лучей на сегодняшний день в основном сосредоточены на системах, которые работают на инфракрасных длинах волн, что делает их несовместимыми с фотохимией, активируемой УФ-волной, традиционно используемой для 3D-печати.
LiDAR* (Light Detection and Ranging) — лазерный локатор, использующий технологию испускания лазером волн оптического диапазона с дальнейшей регистрацией лазерных импульсов, которые были рассеяны объектами.
В рассматриваемом нами сегодня труде ученые, чтобы удовлетворить потребность в передовой технологии 3D-печати, объединили области кремниевой фотоники и фотохимии, чтобы предложить первый 3D-принтер на основе чипа. Предлагаемая система состоит только из одного фотонного чипа миллиметрового масштаба без каких-либо движущихся частей, который излучает реконфигурируемые голограммы видимого света в простую стационарную лунку из смолы, что позволяет осуществлять немеханическую 3D-печать (1c).
- Источник(и):
- Войдите на сайт для отправки комментариев