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研究人員開發(fā)出基于激光的新工藝,用于3D打印玻璃物體

來源:科技報告與資訊 2021/1/13 14:56:23

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中玻網(wǎng)】研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種基于激光的新工藝,用于3D打印玻璃制成的復雜部件。隨著進一步的發(fā)展,這種新方法可以用于制造視覺、成像、照明或基于激光的復雜光學器件。大多數(shù)3D打印工藝都是逐層建立一個物體,來自法國菲涅爾研究所和馬賽中央學院的研究小組開發(fā)的新工藝通過使用激光束將液體前體轉(zhuǎn)化或聚合成固體玻璃,避免了這些工藝的局限性。利用這種方法,他們創(chuàng)建了各種二氧化硅玻璃物體,如自行車和埃菲爾鐵塔的微型模型,沒有任何孔隙或裂縫。

  3D打印方法基于多光子聚合,它確保了聚合(將液體單體分子連接在一起成為固體聚合物的過程)只在激光焦點處發(fā)生。它可以直接制造尺寸從幾微米到幾十厘米的三維零件,其分辨率理論上只受限于用于激光束成形的光學器件。玻璃是用于制造光學器件的主要材料之一,新工藝有朝一日可以讓科學家們3D打印他們所需要的光學元件。

  雖然可以使用多光子聚合來避免逐層打印的方法,但3D打印玻璃物體需要一種在初始液態(tài)階段和聚合后在激光波長下都是透明的材料。它還必須以激光波長的一半吸收激光,以啟動多光子聚合過程。

  為了實現(xiàn)這一目標,研究人員使用了一種含有吸收激光的光化學引發(fā)劑、樹脂和高濃度二氧化硅納米顆粒的混合物。除了能很好地與激光配合,這種混合物的高粘度還能讓3D部件成型,而不會出現(xiàn)變形問題,也不會在3D打印過程中需要支撐物來保持物體的位置。

  在驗證了使用二氧化硅納米顆粒混合物可以創(chuàng)建一個固體物體后,研究人員使用他們的3-D打印方法來創(chuàng)建具有復雜形狀的物體。他們還應用了一種將聚合部件轉(zhuǎn)化為玻璃的工藝。研究人員正在努力使這項技術(shù)更加實用,并通過試驗使用更便宜的激光源等方式降低成本。他們還希望優(yōu)化工藝,提高表面質(zhì)量以降低粗糙度。

  論文標題為《3D-printing of silica glass through multiphoton polymerization process》,發(fā)表在《Optics Letters》雜志上。


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