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工程学教授陈世祈研发纳米打印机　突破纳米3D制造传统界限

2026年9月11日

《走进中大》一连两期专访研究项目入选2026年香港特区政府「产学研1+计划」（RAISe+）第三轮资助项目名单的中大学者。计划旨在促进本地大学将研发成果转化为极具影响力的商业产品，每个获批项目资助金额最高可达一亿港元。连同往年获选项目，中大至今共有16项研究获该计划资助。

3D打印技术日新月异，举凡工艺精品以至结构复杂的机械组件，皆可列印而成。先进打印机的精准度极高，无疑是精密制造领域的重大突破，让医护等专业人员不仅能制造器材零件，更能直接为患者制作客制化复康义体。然而，要达至纳米级精准度，传统3D打印技术始终受制于速度太慢与成本太高的两大生产瓶颈。

中大机械与自动化工程学教授陈世祈表示：「3D打印技术非常实用，又影响深远，奈何成本过高，难以广泛普及应用。」为克服传统障碍，陈教授与博智感知交互研究中心的团队共同研发「飞秒投影纳米打印机」（FP NanoPrinter），结合光片技术及先进光聚合科技，不但能大幅提升物件打印速度，亦令制作成本显著下降。新型打印机更能兼容超过20种物料，为纳米3D制造业开创无限可能。

以光片精雕细琢　突破纳米瓶颈

传统双光子光刻的原理简单易明：光学扫描器将激光聚焦于透明的光敏聚合物中，一点点连续扫描后固化光敏聚合物，最终打印出物件。雷射照射光敏聚合物来打造物件的列印过程称为光聚合技术，但不少实物结构复杂兼且体积大，大多数3D打印机于运作时纵使可以调整光源来制作立体物件，但整个程序既费时又极为昂贵。例如，一个直径5毫米、宽度与一颗豌豆相若的组件，打印时间可能长达一个星期，成本更高达五万港元。

陈教授说：「我们可利用3D打印机，以纳米精度制造出各种微型物体，可应用于材料、医疗或生物领域，成品样式纷陈，令人叹为观止，但碍于制作成本过高，技术难以发挥大规模的影响力。」因存有此生产瓶颈，令该技术一直无法普及。

教授提出的解决方案虽然简单，却非常有效：与其使用单一的点状雷射光束，何不将光能扩散至更易于塑形的状态？他说：「我们将光线分散成非常、非常薄的光片，并透过编程控制它的特性。」光片向上移动时会随着物件形状变化，从底层开始逐步印出所需结构。这个称为「投影双光子光刻技术」的过程，不仅能让操作人员更精准地控制仪器，亦大大提升打印量，生产速度更能跃升一千倍。

陈教授又解释，打印速度的提升有助大幅降低生产成本。「打印机用的雷射器非常昂贵，每台造价100至200万港元，但设备使用寿命有限，大约只有3万小时。」飞秒投影打印机大幅缩短每个微小元件的雷射使用时间，减少机器损耗，协助生产成本降低多达九成半。

超越塑胶限制　兼容多种物料

陈教授的研发不但加快打印速度和降低成本，还可应用于打印不同材料。传统双光子纳米级打印机通常只限于使用光敏聚合物，但飞秒投影打印机则能以水凝胶作为物料，打印内含不同材料的复杂3D结构。这种物料广泛应用于医疗领域，尤其是妇产科用途，化学家和材料科学家亦看准其柔韧性与修复特性。中大团队研发的打印机能列印出尺寸细至20纳米的水凝胶结构，相当于一张纸厚度的五千分之一。「我们的机器能够精确地打印出极为复杂、放大规模的三维结构，这让我们打造与时代并进的制造平台。」

他强调，这只是个开始，团队已展开实验，将金属等不同材质的纳米粒子混入水凝胶，以测试机器能否处理光敏聚合物以外的物料。实验初步结果令人鼓舞，陈教授说：「这些纳米粒子不仅以高精密度组装，其功能亦得以保留。即使经过结构收缩，仍能维持导电性能。」换而言之，珍贵的金属特性完全不受影响。研究团队计划进一步提升打印机的可靠度，并根据后续研究，发表同行评审论文记录成果。

将先进科技推向市场

陈教授的学术之路，正好印证中大是国际顶尖科研人才的首选研发基地。这位于台湾长大的学者于麻省理工学院取得机械工程硕士及博士学位后，在哈佛医学院威尔曼光医学中心展开博士后研究，钻研医学用的光学诊疗方案。一次香港之行，让他偶然认识到中大世界级的科研生态，使他立定决心，以山城为学术基地。

陈教授表示，香港拥有优质的研究资源，对工程领域的研究支援尤其完善，能与他过往所在的美国顶尖学府看齐。「本港亦受惠于大湾区，以及中国经济与科技的高速发展。」「产学研1+计划」正是最佳例证；该计划为陈教授的衍生初创「超奈科技」提供3,700万港元配对资金，协助公司继续推动纳米打印机商业化，令团队得以向业界推广研发成果。

是次拨款固然为团队打下强心针，但他们认为纳米打印机仍有巨大潜力尚待发掘。现时，除了探索打印机在生物医学及光学方面的应用外，团队亦把握陈教授出任全新InnoHK研究中心「异质集成与制造中心」（CHIP）主管所带来的契机，研究开发光子集成电路等相关半导体应用。CHIP是特区政府旗舰创新计划InnoHK第三个创新香港研发平台「SEAM@InnoHK」的研究中心，由中大与新加坡国立大学合办，聚焦半导体研究，冀推动可持续发展、能源、先进制造及材料等领域的新一代技术研发。