法國研究人員成功進行3D打印超高分辨率光學玻璃的研究
魔猴君 行業(yè)資訊 1550天前
來自ICMCB-CNRS實驗室和波爾多大學的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種通過FDM技術(shù)進行3D打印磷酸鹽玻璃的方法。通過使用纖維拉伸塔拉動玻璃絲，研究人員能夠擠出復雜的幾何形狀，同時保持材料的發(fā)光特性。該團隊認為，其直接制造透明玻璃的方法帶來了尖端光學組件和新型生物醫(yī)學設(shè)備的可能性。
印刷磷酸鹽玻璃。圖片來自波爾多大學。
磷酸鹽玻璃
磷酸鹽玻璃是光學玻璃的一種示例，這種玻璃具有折射特性，非常適合透鏡，光纖和光學系統(tǒng)中的其他組件。由于不希望的不透明性變化和某些結(jié)晶現(xiàn)象，此類材料的3D打印已在很大程度上困擾著科學家多年。
研究人員認為，由于不幸的缺乏分辨率或密度，過去的任何半成功嘗試都受到了阻礙。制造高密度，亞毫米分辨率的玻璃物體的能力將使整套低成本幾何復雜的光子器件成為波爾多研究的最終目標。
擠出玻璃絲
研究的第一階段涉及開發(fā)基礎(chǔ)磷酸鹽玻璃絲。將該材料在800°C的鉑制坩堝中專門配制，然后拉成1.9mm厚的棒。由于融化和擠出磷酸鹽玻璃所需的溫度異常高，該團隊不得不配備入門級的Prusa i3克隆，并配備定制的熱端和印刷床。通過進行一些重大修改，打印機最終可以控制進行實驗所需的470°C噴嘴和320°C床溫。
通過研究研究中的許多印刷參數(shù)，該團隊成功地實現(xiàn)了99.98％的超高密度，并避免了零件內(nèi)不必要的光散射。用SEM圖像和X射線斷層掃描進行了完整的系統(tǒng)顯微結(jié)構(gòu)表征，揭示了100微米范圍內(nèi)的層厚度和約600微米的線寬。研究小組還發(fā)現(xiàn)線間鍵合質(zhì)量和透光率之間存在相關(guān)性。
印刷結(jié)構(gòu)顯示出非常低的孔隙率，約為0.02％。圖片來自波爾多大學。
這項研究中最引人注目的結(jié)果可是印刷玻璃結(jié)構(gòu)保持了其光學發(fā)光特性，這意味著它們在整個過程中均顯示出均勻的透光率。該特性在任何高科技光學系統(tǒng)中都是絕對至關(guān)重要的，因此，這項工作在提供經(jīng)濟有效的最終用途組件生產(chǎn)方法方面顯示出巨大潛力。
燈絲和印刷部件始終顯示出均勻的光分布。圖片來自波爾多大學。
點評：盡管他們的成果取得了巨大的成功，但波爾多的科學家們并不是最早進行3D打印玻璃實驗的人。瑞士ETHZürich的研究人員以前曾使用特殊的樹脂和DLP 3D打印技術(shù)進行3D打印玻璃物體。該方法利用了雜化樹脂內(nèi)部的光聚合誘導的相分離，從而由塑料和有機混合物制成了復雜的玻璃部件。
在加拿大的其他地方，研究人員開發(fā)了適用于激光和紅外光學應(yīng)用的3D可打印玻璃。該材料的熔化溫度較低，約為330°C，這意味著它可以通過改進的入門級臺式3D打印機進行擠出。
