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新方法3D打印玻璃制成的微型自行车模型

  为了测试它,他们印了一辆小自行车。研究人员开发了一种基于激光的新工艺,用于3D打印玻璃制成的复杂零件。随着进一步的发展,该新方法可能对于制造用于视觉,成像,照明或基于激光的应用的复杂光学器件很有用。
 
新方法3D打印玻璃制成的微型自行车模型
 
  法国菲涅耳研究所和法国马赛中央理工学院的研究小组负责人洛朗·加莱说:“大多数3D打印过程都是逐层构建的。” “我们的新工艺通过使用激光束将液态前体转变成或聚合成固态玻璃,避免了这些工艺的局限性。”
 
  在光学协会(OSA)的 Optics Letters杂志中,加莱和研究团队成员Thomas Doualle和Jean-Claude Andre演示了他们如何使用新技术在不使用经典的逐层方法的情况下以3D体积创建详细对象。他们使用这种方法创建了各种石英玻璃物体,例如微型自行车模型和没有任何孔隙或裂缝的艾菲尔铁塔。
 
  3D打印方法基于多光子聚合,可确保聚合(将液体单体分子连接在一起成为固体聚合物的过程)仅在精确的激光焦点处进行。它允许直接制造尺寸从几微米到几十厘米不等的3D零件,其分辨率理论上仅受用于激光束整形的光学器件的限制。
 
  加莱说:“玻璃是用于制造光学器件的主要材料之一。” “我们的工作代表着开发一种方法的第一步,这一过程可能有一天使科学家能够3D打印所需的光学组件。”
 
  寻找合适的材料
 
  使用传统的逐层方法构建3D玻璃对象存在一些限制。印刷过程的速度受到构建这些层的时间的限制,并且当使用高粘性树脂时,很难创建厚度一致的层。制造复杂零件通常需要支撑,支撑必须精确定位,然后在物体变硬后将其移除。
 
  尽管可以使用多光子聚合来避免逐层方法,但是3D打印玻璃物体需要一种材料,该材料在初始液相期间以及一旦聚合后,都在激光波长下是透明的。它还必须吸收激光波长一半的激光以启动多光子聚合过程。
 
  为此,研究人员使用了一种包含光化学引发剂的混合物来吸收激光,树脂和高浓度的二氧化硅纳米颗粒。除了可以很好地与激光器配合使用之外,这种混合物的高粘度还可以形成3D零件,而不会产生变形问题,也没有支撑物可以在3D打印过程中将物体固定在适当的位置。
 
  “对这项技术至关重要的是基于Strickland的高功率超短激光器和穆鲁的and脉冲放大技术,该技术在2018年获得了诺贝尔奖,”加莱说。“只有强脉冲和非常短的脉冲才会产生高精度的非线性光聚合,并且不会产生热效应。”
 
  测试过程
 
  在确认可以使用二氧化硅纳米颗粒混合物创建固体对象后,研究人员使用其3D打印方法来创建形状复杂的对象。他们还应用了将聚合后的零件转变为玻璃的工艺。
 
  Gallais说:“我们的方法有可能被用于生产几乎任何类型的3D玻璃物体。” “例如,我们正在探索生产可用于豪华手表或香水瓶的玻璃部件的可能性。”
 
  研究人员正在努力使这种技术更实用,并通过例如试验价格较低的激光源来降低成本。他们还希望优化工艺以改善表面质量以降低粗糙度。
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点击次数:  更新时间:2021-01-22 09:15:24  【打印此页】  【关闭