ลองนึกภาพว่าคุณสามารถพิมพ์ชิ้นงานสามมิติออกมาได้โดยทันทีผ่านเครื่องพิมพ์สามมิติที่มีขนาดเล็กเท่าฝ่ามือดูสิ MIT ได้ตีพิมพ์งานวิจัยใหม่เกี่ยวกับเครื่องพิมพ์สามมิติจากเซมิคอนดักเตอร์เพียงหนึ่งชิป ที่สามารถพิมพ์ชิ้นงานขนาดเล็กได้อย่างรวดเร็วในเวลาไม่กี่วินาที

ไม่ว่าจะเป็นน็อต หัวสกรู สลักเกลียว ไปจนถึงอุปกรณ์เพื่อใช้ในการผ่าตัดหรือใช้ในทางการแพทย์ที่มีขนาดเล็กและซับซ้อน หากมันสามารถถูกผลิตออกมาได้อย่างรวดเร็วในเวลาไม่กี่วินาทีบนเครื่องพิมพ์ที่มีขนาดเล็กเท่าฝ่ามือได้ มันคงเป็นสิ่งที่มหัศจรรย์มาก

ภาพชิ้นงานเรซินที่เป็นตัวอักษร MIT ที่เป็นชื่อย่อของสถาบัน ซึ่งตัวชิ้นงานมีขนาดที่เล็กกว่่าเหรียญเสียอีก ภาพจาก Nature Light Sci Appl

เมื่อปี 2024 นักวิจัยจาก MIT และมหาวิทยาลัยเท็กซัส ออสติน (University of Texas at Austin) ได้สาธิตการทำงานของเครื่องพิมพ์สามมิติประเภทเรซินที่ใช้เทคโนโลยีชิปเลเซอร์โฟโตนิกส์ ไร้ซึ่งชิ้นส่วนที่ต้องเคลื่อนไหวและมีขนาดในหน่วยมิลลิเมตรเพียงชิ้นเดียว ที่สามารถปล่อยเลเซอร์แบบปรับทิศทางได้การปรับตำแหน่งแสงบนบ่อเรซินนั้นทั้งหมดเกิดจากเสาอากาศขนาดนาโนเมตรบนชิปที่ทำหน้าที่เบี่ยงเบนแสงเลเซอร์ให้ไปตกตามตำแหน่งต่าง ๆ ที่ต้องการในบ่อเรซินที่มีคุณสมบัติแข็งตัวทันทีที่ได้รับแสงในย่านที่ตามองเห็น

กลุ่มวิจัยนี้นำโดยเยเลนา โนทารอส (Jelena Notaros) ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์จาก MIT ซึ่งมีความเชี่ยวชาญด้านการใช้แสงเป็นตัวส่งผ่านและประมวลผลข้อมูล หรือที่เรียกว่าโฟโตนิกส์ซิลิคอน (Silicon Photonics) และเคยพัฒนาระบบ Optical-phased-array ที่สามารถควบคุมลำแสงโดยใช้เสาอากาศจิ๋วบนชิปที่ผลิตด้วยเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ ที่สามารถจะเร่งหรือหน่วงสัญญาณแสงจากเสาอากาศทำให้สามารถบังคับทิศทางลำแสงได้

แรกเริ่มนั้นเทคโนโลยีนี้ถูกใช้งานเพื่อต่อยอดเทคโนโลยีของ LIDAR ให้สามารถทำงานได้ทันสมัยมากยิ่งขึ้น แต่นักวิทยาศาสตร์ได้นำมาต่อยอดถึงความเป็นไปได้กับงานเรซิน จึงได้ร่วมมือกับกลุ่มวิจัยจากมหาวิทยาลัยเท็กซัส ออสติน ซึ่งได้พัฒนาเรซินที่แข็งตัวในแสงย่านที่ตามองเห็นได้ในเวลาอันรวดเร็ว จึงเกิดเป็นการรวมตัวเพื่อพัฒนาเครื่องพิมพ์สามมิตินี้ขึ้นมา

ภาพถ่ายชิปเครื่องพิมพ์สามมิติที่ทำหน้าที่ควบคุมแสงเลเซอร์ไปยังตำแหน่งต่าง ๆ ในบ่อเรซินที่ถูกวางบนเหรียญ 25 เซนต์เพื่อเปรียบเทียบ ภาพจาก Nature Light Sci Appl

ชิ้นงานต้นแบบนี้ใช้ชิปขนาดเล็กเทียบเท่าเหรียญ 25 เซนต์ของสหรัฐฯ เป็นเครื่องประมวลผลหลัก เสาอากาศแต่ละต้นมีขนาดแค่ 160 นาโนเมตร เล็กกว่าความหนาของกระดาษเสียอีก (กระดาษมีความบางประมาณ 100,000 นาโนเมตร) สามารถเบี่ยงเบนแสงเลเซอร์ที่เข้ามาได้ตามความต้องการ เมื่อเปิดการทำงาน เสาอากาศแต่ละต้นจะเบี่ยงเบนแสงให้ไปตกลงในตำแหน่งต่าง ๆ ของบ่อเรซินแบบสามมิติ และเรซินที่ได้รับแสงจะแข็งตัวในทันที

จุดที่ท้าทายที่สุดของชิปคือการควบคุมตำแหน่งของแสงที่จะถูกส่งไปยังเสาอากาศต่าง ๆ บนชิป เพราะตามปกติการส่งเลเซอร์เข้าไปนั้นยากมาก และไม่มีประสิทธิภาพ แต่ทางทีมวิจัยได้ใช้วัสดุประเภทผลึกเหลว (Liquid Crystal) ขนาดไมครอนในการควบคุมตำแหน่งของแสงเลเซอร์ที่จะส่งเข้าไปในเสาอากาศอีกทีหนึ่ง ซึ่งทำให้การส่งถ่ายพลังงานมีประสิทธิภาพสูงขึ้นและทำงานได้ง่ายขึ้น และตัวแสงจะถูกนำพาจากแหล่งกำเนิดแสงไปยังตัวชิปผ่านไฟเบอร์ออปติกเพียงเส้นเดียวและกระจายออกจากหน่วยกระจายแสงจิ๋วเพื่อแยกย่อยไปที่ตำแหน่งต่าง ๆ บนชิปอีกทีหนึ่ง

สุดท้ายทางทีมวิจัยสามารถสร้างเครื่องพิมพ์สามมิติที่สามารถพิมพ์ชิ้นงานเรซินขนาดเล็กได้อย่างรวดเร็ว หนึ่งในผลงานคือตัวอักษร M I T ที่เป็นชื่อของ MIT ในขนาดที่เล็กกว่าเหรียญได้ นับว่าเป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ที่น่าสนใจเป็นอย่างยิ่ง

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล : MIT

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

MIT สร้างเครื่องพิมพ์สามมิติ ขนาดเล็กเท่าฝ่ามือ