光固化3D打印突破,国产4800万像素,全球最高分辨率光场芯片

躯壳

2020-09-10 16:25:00

传统的面曝光光固化3D打印机中，其核心光学系统的像素一般在80万到200万之间，最近正在往4K过度，也就是400－800万像素。如果有了高达4800万甚至1亿以上像素芯片的光机，会产生什么样的应用突破呢？

△世界分辨率最高的硅基液晶芯片

2020年9月5日，央视新闻在“［朝闻天下］2020年中国国际服务贸易交易会在北京开幕记者探访服贸会省区市专区”的报道中，特别提到了“国产4800万像素数字光场芯片，可用于3D打印、高清电影等工业和商业领域”。

2020年8月完成的国产4800万像素数字光场芯片，为我国首款工业数字光场芯片，同时创全球同类型芯片单芯片最高分辨率；并实现了自主设计、自主流片、自主测试、自主封装、自主集成并掌握了100％的知识产权。

△大量观众围观国产4800万像素数字光场芯片

△鸟巢旁边的服贸会展馆

据北京日报报道，在本次服贸会的国别和省区市展区，北京、天津、河北设立了京津冀联合展区，展览面积300平方米，16家参展企业以各自的案例展示出一个共同的主题：京津冀协同发展。北京数字光芯科技有限公司的展台带来了由京津冀三地多家单位共同完成的多款数字光场芯片产品。

△4800万像素硅基液晶数字光场芯片及电路板。

北京数字光芯科技有限公司CEO孙雷介绍，数字光场芯片是可通过计算机数字信号控制形成任意光场图形的芯片的统称，可以帮助人类通过信息技术实现任意所需的光场。数字光场芯片广泛应用于工业和民用领域的各个方面，在电影、投影仪、激光电视、智能车灯、虚拟现实、印刷打印、光固化3D打印、PCB电路板曝光、芯片光刻等领域起着重要的作用。

在4800万像素硅基液晶芯片的开发过程中，北京数字光芯完成了数字光场芯片的设计工作、五邑大学完成了半导体材料开发、芯片的测试、芯片驱动硬件开发和软件开发工作，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所完成了紫外液晶材料开发及液晶盒封装工作，其他参与单位也完成了大量的如半导体材料、光学引擎开发、系统集成等技术攻关工作。目前整个技术合作联盟十余家参与单位（京津冀地区8家），在五邑大学的大力支持下，高效运转，各技术团队精诚合作，在短期内实现了重大的技术突破。

△联合实验室

五邑大学智能制造学部部长张昕教授介绍到：传统的基于微机械（MEMS）技术路线的DMD芯片，受制于MEMS芯片结构和制程的复杂性限制，像素尺寸难以进一步做小，在现有光刻机曝光区域尺寸限制下，短期内很难突破1000万像素。而如3D打印、PCB电路板曝光等工业曝光领域却需要千万像素乃至亿级像素。纵观数字光场芯片发展历史和人类集成电路产业发展史，集成电路或显示芯片的晶体管或像素等核心单元的数量一直趋于快速增长。而基于微机械技术路线的DMD芯片像素集成速度在过去的10余年间仅提高了1－2倍已无法满足目前的工业曝光产业的需要。因此五邑大学联合北京数字光芯等一系列合作伙伴共同推进基于数字光电技术路线的数字光场芯片。

光电型数字光场芯片主要包括硅基液晶、Micro LED等技术方案，具有结构相对简单、像素单元可小型化、集成密度高、良率高的特点。此次五邑大学及各联合机构团队共同推出的4800万像素硅基液晶数字光场芯片，将同类型的光场芯片由百万像素级提升到千万像素级，实现了大幅度的历史性的跨越。我们联合实验团队有信心在2025年前将单芯片像素数量由千万像素推进到亿级。用极高的数字光场芯片技术确保真正实现高加工速度、高精度、大幅面兼顾的工业数字曝光。

△五邑大学张昕教授现场科普数字光场芯片知识

△五邑大学李星星博士现场接受采访

“对于3D打印行业来说，光固化3D打印领域目前主力产品曝光像素约为80万－200万之间。由于我们的数字光场芯片采用了自主芯片技术，可在相同的成本下将同类3D打印设备迅速升级到千万像素以上。这一过程类似于数码相机在2002年－2010年的发展进程，由一百万像素过渡到五百万像素。数码相机感光元件的像素数量提升直接扩大了数码相机的应用场景和应用范围，最终导致了数字成像技术替代掉了模拟式的胶片成像技术。

在3D打印技术从百万像素最终迈向亿级像素的过程中，通过扩大打印面积、提高打印速度、提高打印精度，最终也会大大扩大3D打印技术的应用场景，进一步有力的推动整个3D打印行业的技术升级和产业升级。同时也能解决我国光固化3D打印领域没有国产芯片100％依赖进口的问题。”张昕教授说。“希望3D打印行业的广大企业和科研人员，加入我们新型数字光场芯片技术开发的联盟，共同为我国自主的工业数字光场芯片事业尽一份力量。”