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DTU研究人员利用XBox 360开发纳米级3D打印机

来源:原创

发布时间:2021-03-04 12:00:18

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摘要:最近,丹麦技术大学(DTU)的一组研究人员发表了一篇论文,使用游戏机上的光学拾音器进行微米和纳米级3D打印......

 

aau讯(编辑 吴昕烜)近日丹麦技术大学(DTU的一组研究人员发表了一篇题为使用游戏机上的光学拾音器进行微米和纳米级3D打印论文论文探讨了他们如何拆开Microsoft Xbox 360并使用其常见组件之一以取代研究设备中昂贵的传统光学器件,并创建自己的价格合理的3D打印机,可以在微米和纳米级上打印对象。这是一个很好的创新表明仅通过降低成本就可以更轻松地进行微米级和纳米级3D打印

 

博士生Tien-Jen Chang说:“有了能够打印微米级和纳米级3D对象的3D打印机,我们就可以从数十微米的打印分辨率降低到数百纳米,而无需昂贵的专用组件。而且与其他立体光刻系统相比,我们最终还会获得一种更简单更紧凑的纳米级3D打印机。”

从(a)顶视图和(b)底视图看HD DVD的OPU的照片(紫色和红色箭头分别表示405 nm和650/780 nm激光的光路)。(c)内部光学模块,传感器和执行器。1:405 nm激光二极管;2:650/780 nm激光二极管;3:衍射光栅;4:二向色立方分束器;5:分束器;6:折叠镜 7:准直透镜;8:物镜;9:保护层;10:CD / DVD / HD-DVD光盘数据层;11:线圈;12:磁铁;13:扩大镜头 14:光电二极管集成电路(PDIC)。紫色线代表405 nm激光,而红色线代表650/780 nm激光。点划线表示XY面板和XZ面板之间的视图方向转换。

据了解,该团队开发了一种立体光刻3D打印机,通常被称为SLASL,尽管在研究论文中被称为STL。该技术利用光使化学单体和低聚物交联在一起以形成固体物体。

 

 

该团队表示:“在本文中,我们将OPU的应用(图 1a–c)作为一种紧凑且具有成本效益的解决方案,以取代传统的STL光学系统并显着消除STL系统的复杂性。”

a)300×300 µm正方形,上面印有微缩线,宽度大约为3 µm。纳米结构在(b)0.16,(c)0.18,(d)0.21和(e)0.25 mm s-1的印刷速度下固化,线宽分别为992、879、769和385 nm。 。两条垂直线(宽度约5 µm)以15 µm的距离打印以悬挂纳米结构。(f)e。中385 nm宽度结构的横截面轮廓 (g)在2.40 µW的激光功率和6 µm的光敏聚合物厚度下,根据印刷速度固化的纳米级宽度。

 

 

En Te Hwu副教授说“我们认为,这项技术可以影响不同的卫生技术领域。开发我们自己的3D打印机的最初目标是能够以微/纳米尺度的分辨率打印立方厘米体积,用于我们基于微容器的药物输送开发。我们在市场上找不到能做到这一点的3D打印机系统,所以我们必须自己制造。除了打印人类头发直径(100~300微米)的微型容器,以更有效地开发口服药物,该系统还可以用于打印无痛微型针,用于皮肤贴片,以加速经皮药物给药的开发。另一种可能性是将其用于3D打印结构,为细胞培养环境提供更准确的体外药物测试研究。最后一个例子是打印具有纳米结构表面的生物兼容微设备,可以杀死细菌。

研究人员表示:”他要使纳米级光聚合成为一种经济有效的解决方案并不容易。使用Xbox上的光驱拾取单元(OPU)是实现这一目标的好方法。OPU用于从光盘(包括CD,DVD和Blu-ray)中读取和写入数据。

 

该团队表示“批量生产的OPU(成本不到5美元)不仅提供了光源,而且还提供了紧凑型的衍射极限光学元件,类似于汽车钥匙。鉴于其高精度的测量和多波长激光模式,OPU已经用于其它各种应用,诸如原子力显微镜262728,生物传感2930,和光刻法31 ”。

(a)具有倒置立体光刻设计的打印机机制和控制系统图。(b)光路图。(c)打印过程中的系统照片。(d)基板倾斜图(X'和Y'分别表示沿着X轴和Y轴的倾斜基板)。(e)垂直位置初始化和物镜平移图。(f)印刷固体结构的逐层流程图。

研究人员表示:紧凑的HD-DVD OPU可以简化光学系统的设计,因为它具有可微调的二极管激光器,使用户可以将分辨率从几十微米一直降低到数百纳米,无需使用昂贵的飞秒激光或清除氧自由基。它还具有1.25 mm的光学工作距离,是蓝光OPU的四倍这也使其成为SLA打印的灵活选择,并且配备了多波长(405/650/780 nm)的连续波半导体激光二极管可以读取HD-DVD / DVD / CD数据

 

研究人员使用一种商品化的光敏聚合物来评估其纳米级3D打印机在不同激光曝光参数下的性能,并展示了其“简化的光学器件”如何用于3D打印立体显微结构。他们能够在横向上实现385 nm的分辨率,“ XYZ纳米分辨率线性平台可实现高达50×50×25 mm3的打印量。

6:3D打印结构的扫描电子显微镜图像。(a)金字塔,每层的高度约为850 µm,高度为25 µm。(b)斜方塔。(c)扭曲的塔。(d)气缸。(e)门状结构。

由于他们的打印机使用更容易更便宜的光学元件,因此可以为在微米和纳米级上实现更实惠更高分辨率的3D打印奠定基础。该团队看到了商业化的巨大潜力,并计划在几年内成立一家分拆的公司。

最后,En Te Hwu副教授总结中说道“最终,我们的目标是帮助患者体验更好的诊断和治疗,例如通过更准确的医学诊断更有效的口服药物和更好的皮肤斑块。

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