法国研究人员成功进行3D打印超高分辨率光学玻璃的研究

魔猴君  行业资讯   1398天前

来自ICMCB-CNRS实验室和波尔多大学的研究人员已经开发出一种通过FDM技术进行3D打印磷酸盐玻璃的方法。通过使用纤维拉伸塔拉动玻璃丝，研究人员能够挤出复杂的几何形状，同时保持材料的发光特性。该团队认为，其直接制造透明玻璃的方法带来了尖端光学组件和新型生物医学设备的可能性。

印刷磷酸盐玻璃。图片来自波尔多大学。

磷酸盐玻璃

磷酸盐玻璃是光学玻璃的一种示例，这种玻璃具有折射特性，非常适合透镜，光纤和光学系统中的其他组件。由于不希望的不透明性变化和某些结晶现象，此类材料的3D打印已在很大程度上困扰着科学家多年。

研究人员认为，由于不幸的缺乏分辨率或密度，过去的任何半成功尝试都受到了阻碍。制造高密度，亚毫米分辨率的玻璃物体的能力将使整套低成本几何复杂的光子器件成为波尔多研究的最终目标。

挤出玻璃丝

研究的第一阶段涉及开发基础磷酸盐玻璃丝。将该材料在800°C的铂制坩埚中专门配制，然后拉成1.9mm厚的棒。由于融化和挤出磷酸盐玻璃所需的温度异常高，该团队不得不配备入门级的Prusa i3克隆，并配备定制的热端和印刷床。通过进行一些重大修改，打印机最终可以控制进行实验所需的470°C喷嘴和320°C床温。

通过研究研究中的许多印刷参数，该团队成功地实现了99.98％的超高密度，并避免了零件内不必要的光散射。用SEM图像和X射线断层扫描进行了完整的系统显微结构表征，揭示了100微米范围内的层厚度和约600微米的线宽。研究小组还发现线间键合质量和透光率之间存在相关性。

印刷结构显示出非常低的孔隙率，约为0.02％。图片来自波尔多大学。

这项研究中最引人注目的结果可是印刷玻璃结构保持了其光学发光特性，这意味着它们在整个过程中均显示出均匀的透光率。该特性在任何高科技光学系统中都是绝对至关重要的，因此，这项工作在提供经济有效的最终用途组件生产方法方面显示出巨大潜力。

灯丝和印刷部件始终显示出均匀的光分布。图片来自波尔多大学。

点评：尽管他们的成果取得了巨大的成功，但波尔多的科学家们并不是最早进行3D打印玻璃实验的人。瑞士ETHZürich的研究人员以前曾使用特殊的树脂和DLP 3D打印技术进行3D打印玻璃物体。该方法利用了杂化树脂内部的光聚合诱导的相分离，从而由塑料和有机混合物制成了复杂的玻璃部件。

在加拿大的其他地方，研究人员开发了适用于激光和红外光学应用的3D可打印玻璃。该材料的熔化温度较低，约为330°C，这意味着它可以通过改进的入门级台式3D打印机进行挤出。

来源：中国3D打印网