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工程學教授陳世祈研發納米打印機　突破納米3D製造傳統界限

2026年9月11日

《走進中大》一連兩期專訪研究項目入選2026年香港特區政府「產學研1+計劃」（RAISe+）第三輪資助項目名單的中大學者。計劃旨在促進本地大學將研發成果轉化為極具影響力的商業產品，每個獲批項目資助金額最高可達一億港元。連同往年獲選項目，中大至今共有16項研究獲該計劃資助。

3D打印技術日新月異，舉凡工藝精品以至結構複雜的機械組件，皆可列印而成。先進打印機的精準度極高，無疑是精密製造領域的重大突破，讓醫護等專業人員不僅能製造器材零件，更能直接為患者製作客製化復康義體。然而，要達至納米級精準度，傳統3D打印技術始終受制於速度太慢與成本太高的兩大生產瓶頸。

中大機械與自動化工程學教授陳世祈表示：「3D打印技術非常實用，又影響深遠，奈何成本過高，難以廣泛普及應用。」為克服傳統障礙，陳教授與博智感知交互研究中心的團隊共同研發「飛秒投影納米打印機」（FP NanoPrinter），結合光片技術及先進光聚合科技，不但能大幅提升物件打印速度，亦令製作成本顯著下降。新型打印機更能兼容超過20種物料，為納米3D製造業開創無限可能。

以光片精雕細琢　突破納米瓶頸

傳統雙光子光刻的原理簡單易明：光學掃描器將激光聚焦於透明的光敏聚合物中，一點點連續掃描後固化光敏聚合物，最終打印出物件。雷射照射光敏聚合物來打造物件的列印過程稱為光聚合技術，但不少實物結構複雜兼且體積大，大多數3D打印機於運作時縱使可以調整光源來製作立體物件，但整個程序既費時又極為昂貴。例如，一個直徑5毫米、寬度與一顆豌豆相若的組件，打印時間可能長達一個星期，成本更高達五萬港元。

陳教授說：「我們可利用3D打印機，以納米精度製造出各種微型物體，可應用於材料、醫療或生物領域，成品樣式紛陳，令人嘆為觀止，但礙於製作成本過高，技術難以發揮大規模的影響力。」因存有此生產瓶頸，令該技術一直無法普及。

教授提出的解決方案雖然簡單，卻非常有效：與其使用單一的點狀雷射光束，何不將光能擴散至更易於塑形的狀態？他說：「我們將光線分散成非常、非常薄的光片，並透過編程控制它的特性。」光片向上移動時會隨着物件形狀變化，從底層開始逐步印出所需結構。這個稱為「投影雙光子光刻技術」的過程，不僅能讓操作人員更精準地控制儀器，亦大大提升打印量，生產速度更能躍升一千倍。

陳教授又解釋，打印速度的提升有助大幅降低生產成本。「打印機用的雷射器非常昂貴，每台造價100至200萬港元，但設備使用壽命有限，大約只有3萬小時。」飛秒投影打印機大幅縮短每個微小元件的雷射使用時間，減少機器損耗，協助生產成本降低多達九成半。

超越塑膠限制　兼容多種物料

陳教授的研發不但加快打印速度和降低成本，還可應用於打印不同材料。傳統雙光子納米級打印機通常只限於使用光敏聚合物，但飛秒投影打印機則能以水凝膠作為物料，打印內含不同材料的複雜3D結構。這種物料廣泛應用於醫療領域，尤其是婦產科用途，化學家和材料科學家亦看準其柔韌性與修復特性。中大團隊研發的打印機能列印出尺寸細至20納米的水凝膠結構，相當於一張紙厚度的五千分之一。「我們的機器能夠精確地打印出極為複雜、放大規模的三維結構，這讓我們打造與時代並進的製造平台。」

他強調，這只是個開始，團隊已展開實驗，將金屬等不同材質的納米粒子混入水凝膠，以測試機器能否處理光敏聚合物以外的物料。實驗初步結果令人鼓舞，陳教授說：「這些納米粒子不僅以高精密度組裝，其功能亦得以保留。即使經過結構收縮，仍能維持導電性能。」換而言之，珍貴的金屬特性完全不受影響。研究團隊計劃進一步提升打印機的可靠度，並根據後續研究，發表同行評審論文記錄成果。

將先進科技推向市場

陳教授的學術之路，正好印證中大是國際頂尖科研人才的首選研發基地。這位於台灣長大的學者於麻省理工學院取得機械工程碩士及博士學位後，在哈佛醫學院威爾曼光醫學中心展開博士後研究，鑽研醫學用的光學診療方案。一次香港之行，讓他偶然認識到中大世界級的科研生態，使他立定決心，以山城為學術基地。

陳教授表示，香港擁有優質的研究資源，對工程領域的研究支援尤其完善，能與他過往所在的美國頂尖學府看齊。「本港亦受惠於大灣區，以及中國經濟與科技的高速發展。」「產學研1+計劃」正是最佳例證；該計劃為陳教授的衍生初創「超奈科技」提供3,700萬港元配對資金，協助公司繼續推動納米打印機商業化，令團隊得以向業界推廣研發成果。

是次撥款固然為團隊打下強心針，但他們認為納米打印機仍有巨大潛力尚待發掘。現時，除了探索打印機在生物醫學及光學方面的應用外，團隊亦把握陳教授出任全新InnoHK研究中心「異質集成與製造中心」（CHIP）主管所帶來的契機，研究開發光子集成電路等相關半導體應用。CHIP是特區政府旗艦創新計劃InnoHK第三個創新香港研發平台「SEAM@InnoHK」的研究中心，由中大與新加坡國立大學合辦，聚焦半導體研究，冀推動可持續發展、能源、先進製造及材料等領域的新一代技術研發。