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研究人员开发出基于激光的新工艺,用于3D打印玻璃物体

来源:科技报告与资讯 2021/1/13 14:56:23

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中玻网】研究人员已经开发出一种基于激光的新工艺,用于3D打印玻璃制成的复杂部件。随着进一步的发展,这种新方法可以用于制造视觉、成像、照明或基于激光的复杂光学器件。大多数3D打印工艺都是逐层建立一个物体,来自法国菲涅尔研究所和马赛中央学院的研究小组开发的新工艺通过使用激光束将液体前体转化或聚合成固体玻璃,避免了这些工艺的局限性。利用这种方法,他们创建了各种二氧化硅玻璃物体,如自行车和埃菲尔铁塔的微型模型,没有任何孔隙或裂缝。

  3D打印方法基于多光子聚合,它确保了聚合(将液体单体分子连接在一起成为固体聚合物的过程)只在激光焦点处发生。它可以直接制造尺寸从几微米到几十厘米的三维零件,其分辨率理论上只受限于用于激光束成形的光学器件。玻璃是用于制造光学器件的主要材料之一,新工艺有朝一日可以让科学家们3D打印他们所需要的光学元件。

  虽然可以使用多光子聚合来避免逐层打印的方法,但3D打印玻璃物体需要一种在初始液态阶段和聚合后在激光波长下都是透明的材料。它还必须以激光波长的一半吸收激光,以启动多光子聚合过程。

  为了实现这一目标,研究人员使用了一种含有吸收激光的光化学引发剂、树脂和高浓度二氧化硅纳米颗粒的混合物。除了能很好地与激光配合,这种混合物的高粘度还能让3D部件成型,而不会出现变形问题,也不会在3D打印过程中需要支撑物来保持物体的位置。

  在验证了使用二氧化硅纳米颗粒混合物可以创建一个固体物体后,研究人员使用他们的3-D打印方法来创建具有复杂形状的物体。他们还应用了一种将聚合部件转化为玻璃的工艺。研究人员正在努力使这项技术更加实用,并通过试验使用更便宜的激光源等方式降低成本。他们还希望优化工艺,提高表面质量以降低粗糙度。

  论文标题为《3D-printing of silica glass through multiphoton polymerization process》,发表在《Optics Letters》杂志上。


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