Se trata de una impresora portátil tan pequeña como una moneda, que permitiría la creación rápida de prototipos "in situ" personalizados y con un coste muy reducido

Investigadores del MIT y la Universidad de Texas en Austin dieron un paso importante para hacer realidad esta idea al demostrar la primera impresora 3D basada en chips. Su dispositivo de prueba de concepto consiste en un único chip fotónico de escala milimétrica que emite haces de luz reconfigurables en un pozo de resina que se cura y adquiere una forma sólida cuando la luz incide sobre él.

 

El prototipo de chip no tiene partes móviles, sino que depende de una serie de pequeñas antenas ópticas para dirigir un haz de luz. El haz se proyecta hacia una resina líquida que ha sido diseñada para curar rápidamente cuando se expone a la longitud de onda de luz visible del haz.

 

Al combinar la fotónica del silicio y la fotoquímica, el equipo de investigación interdisciplinario pudo demostrar un chip que puede dirigir haces de luz para imprimir en 3D patrones bidimensionales arbitrarios, incluidas las letras M-I-T. Las formas se pueden formar completamente en cuestión de segundos. A largo plazo, imaginan un sistema en el que un chip fotónico se asienta en el fondo de un pozo de resina y emite un holograma 3D de luz visible, curando rápidamente un objeto completo en un solo paso.

 

Este tipo de impresora 3D portátil podría tener muchas aplicaciones, como permitir a los médicos crear componentes de dispositivos médicos hechos a medida o permitir a los ingenieros crear prototipos rápidos en el lugar de trabajo.

 

“Este sistema replantea completamente lo que es una impresora 3D. Ya no es una gran caja colocada en un banco de un laboratorio creando objetos, sino algo que es portátil y portátil. Es emocionante pensar en las nuevas aplicaciones que podrían surgir de esto y en cómo podría cambiar el campo de la impresión 3D”, dice la autora principal Jelena Notaros, profesora de desarrollo profesional Robert J. Shillman en Ingeniería Eléctrica e Informática (EECS) y miembro del Laboratorio de Investigación en Electrónica.

 

Junto a Notaros en el artículo se encuentran Sabrina Corsetti, autora principal y estudiante de posgrado de EECS; Milica Notaros PhD '23; Tal Sneh, estudiante de posgrado de EECS; Alex Safford, recién graduado de la Universidad de Texas en Austin; y Zak Page, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Química de UT Austin. La investigación aparece en Nature Light Science and Applications.

 

Imprimir con un chip

Expertos en fotónica de silicio, el grupo Notaros desarrolló anteriormente sistemas ópticos integrados de matriz en fase que dirigen haces de luz mediante una serie de antenas a microescala fabricadas en un chip mediante procesos de fabricación de semiconductores. Al acelerar o retrasar la señal óptica a ambos lados del conjunto de antenas, pueden mover el haz de luz emitido en una dirección determinada.

 

Estos sistemas son clave para los sensores lidar, que mapean su entorno emitiendo haces de luz infrarroja que rebotan en los objetos cercanos. Recientemente, el grupo se ha centrado en sistemas que emiten y dirigen luz visible para aplicaciones de realidad aumentada. Se preguntaron si un dispositivo de este tipo podría usarse para una impresora 3D basada en chips. Aproximadamente al mismo tiempo que comenzaron a intercambiar ideas, el Page Group de UT Austin demostró por primera vez resinas especializadas que pueden curarse rápidamente utilizando longitudes de onda de luz visible. Esta fue la pieza faltante que hizo realidad la impresora 3D basada en chips.

 

"Con las resinas fotocurables, es muy difícil lograr que se curen completamente en longitudes de onda infrarrojas, que es donde en el pasado funcionaban los sistemas ópticos integrados de matriz en fase para lidar", dice Corsetti. “Aquí nos encontramos en un punto intermedio entre la fotoquímica estándar y la fotónica de silicio mediante el uso de resinas curables con luz visible y chips emisores de luz visible para crear esta impresora 3D basada en chips. Tienes esta fusión de dos tecnologías en una idea completamente nueva”.

 

Su prototipo consiste en un único chip fotónico que contiene un conjunto de antenas ópticas de 160 nanómetros de espesor. (Una hoja de papel tiene aproximadamente 100.000 nanómetros de espesor). El chip completo cabe en una moneda de veinticinco centavos de dólar estadounidense. Cuando se alimentan con un láser fuera del chip, las antenas emiten un haz orientable de luz visible hacia el interior del pozo de resina fotocurable.

 

El chip se encuentra debajo de un portaobjetos transparente, como los que se usan en los microscopios, que contiene una muesca poco profunda que contiene la resina. Los investigadores utilizan señales eléctricas para dirigir el haz de luz de forma no mecánica, lo que hace que la resina se solidifique dondequiera que el haz la golpee.

 

Más información en https://news.mit.edu

Crédito Foto: Sampson Wilcox, RLE (https://news.mit.edu)

 

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