Стекло для 3D-печати — довольно сложный подвиг, главным образом потому, что трудно поддерживать механические свойства материала при очень высокой температуре плавления. Но трио исследователей из Франции опубликовали в журнале Оптического общества (OSA) Optics Letters исследовательский доклад о своей работе по созданию нового лазерного метода печати сложных стеклянных деталей. Команда использовала свою недавно разработанную технику, которая основана на многофотонной полимеризации, для печати детализированных стеклянных объектов, не полагаясь на обычное послойное изготовление 3D-печати , и полагает, что их метод, возможно, может быть использован для 3D-печати сложной оптики для Будущие приложения для лазерной визуализации и машинного зрения.
«Стекло — один из основных материалов, используемых для изготовления оптики. Наша работа представляет собой первый шаг к разработке процесса, который однажды позволит ученым печатать на 3D-принтере необходимые им оптические компоненты », — сказал руководитель исследовательской группы Лоран Галле из Института Френеля и Ecole Centrale Marseille .
Послойная 3D-печать не идеальна для изготовления предметов из стекла. С вязкими смолами сложно получить слои одинаковой толщины, а для сложных деталей часто требуются опоры, которые необходимо снимать в конце процесса… что еще больше замедляет процесс.
«Большинство процессов 3D-печати создают объект слой за слоем. Наш новый процесс позволяет избежать ограничений этих процессов за счет использования лазерного луча для преобразования или полимеризации жидкого прекурсора в твердое стекло », — пояснил Галле.
При многофотонной полимеризации процесс, который связывает молекулы жидкого мономера в твердый полимер (также известный как полимеризация), происходит в точной лазерной фокусной точке, что позволяет печатать на 3D-принтере небольшие точные детали размером от нескольких микрон до десятков сантиметров. с отличным разрешением. Но не поймите меня неправильно, это все еще немного сложно.
Когда вы используете этот метод для 3D-печати со стеклом, конкретный материал должен быть прозрачным на длине волны лазера во время начальной жидкой фазы, а также после полной полимеризации. Кроме того, он должен поглощать свет от лазера на половине длины волны, чтобы инициировать многофотонную полимеризацию. Итак, команда использовала смесь с фотохимическим инициатором для поглощения света, большое количество наночастиц кремнезема и смолу для достижения этой цели.
В аннотации к исследовательской статье говорится: «Мы представляем лазерный процесс, основанный на многофотонной полимеризации для производства сложных трехмерных (3D) стеклянных деталей. Сфокусированный интенсивный лазерный луч используется для полимеризации прозрачной смолы, наполненной добавками и наночастицами диоксида кремния, на длине волны лазерного луча посредством процессов нелинейного поглощения. Объект создается непосредственно в объеме, преодолевая ограничение послойной обработки. Этот процесс позволяет производить детали из диоксида кремния с последовательными процессами удаления связующего и спекания. Благодаря объемной плотности кремнезема и разрешающей способности, зависящей от размера лазерного пятна, получаются трехмерные объекты сантиметровых размеров ».
Высоковязкая смесь исследовательской группы, которая работает не только с лазером, также позволяет 3D-печатью детали без проблем с деформацией или без использования опор.
«Критически важным для этого метода были мощные ультракороткие лазеры, основанные на технологии усиления чирпированных импульсов Стрикленда и Муру, получившие Нобелевскую премию в 2018 году. Только интенсивные и очень короткие импульсы позволят создать нелинейную фотополимеризацию с высокой точностью и без тепловых эффектов», — сказал Галле. сказал.
После того, как они подтвердили, что могут использовать смесь наночастиц диоксида кремния для создания твердого объекта, исследователи напечатали на 3D-принтере несколько сложных стеклянных объектов без каких-либо трещин и пор, таких как крошечная Эйфелева башня и велосипед. Кроме того, они смогли применить к своему методу другой процесс, который может превратить полимеризованные детали в стеклянные.
В будущем планируется снизить стоимость за счет использования менее дорогостоящего лазера, что также поможет сделать этот метод более практичным.
Галле сказал: «Наш подход потенциально может быть использован для создания почти любого типа трехмерных стеклянных объектов. Например, мы изучаем возможность производства стеклянных деталей, которые можно было бы использовать в роскошных часах или флаконах для духов ».
Команда также хочет улучшить качество поверхности стеклянных деталей, напечатанных на 3D-принтере, с помощью этой технологии, которая поможет сделать детали менее грубыми.
