DTU研究人员利用XBox 360开发纳米级3D打印机

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”的论文。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SLA或SL，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，以用于皮肤贴片，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26、27、28，生物传感29、30，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。”

图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副教授在总结中说道：“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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