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(fù)雜零件。隨著進(jìn)一步的發(fā)展，該新方法可能對于制造用于視覺，成像，照明或基于激光的應(yīng)用的復(fù)雜光學(xué)器件很有用。

“大多數(shù)3D打印過程中建立一層又一層的對象，”法國菲涅耳研究所和馬賽中央理工大學(xué)校的研究小組負(fù)責(zé)人洛朗Gallais說道�！拔覀兊男鹿に囃ㄟ^使用激光束將液態(tài)前體轉(zhuǎn)化或聚合成固態(tài)玻璃，避免了這些工藝的局限性�！�

在光學(xué)協(xié)會(OSA)的《光學(xué)快報》上，Gallais和研究團(tuán)隊成員Thomas Doualle和Jean-Claude Andre展示了他們?nèi)绾问褂眯录夹g(shù)在不使用經(jīng)典的逐層方法的情況下以3D體積創(chuàng)建詳細(xì)的對象。他們使用這種方法創(chuàng)建了各種石英玻璃物體，例如微型自行車模型和沒有任何孔隙或裂縫的艾菲爾鐵塔。

3-D打印方法基于多光子聚合，可確保聚合(將液態(tài)單體分子連接在一起成為固態(tài)聚合物的過程)僅在精確的激光焦點處進(jìn)行。它可以直接制造尺寸從幾微米到幾十厘米不等的3D零件，其分辨率理論上僅受用于激光束整形的光學(xué)器件的限制。

Gallais說：“玻璃是用于制造光學(xué)器件的主要材料之一�！� “我們的工作是朝著開發(fā)一種工藝邁出的第一步，這一工藝可能有一天使科學(xué)家能夠3D打印所需的光學(xué)組件�！�

新方法可用于制造各種復(fù)雜的物體，例如上圖所示的自行車。

尋找合適的材料

使用傳統(tǒng)的逐層方法構(gòu)建3D玻璃對象存在一些限制。印刷過程的速度受到構(gòu)建這些層的時間的限制，并且當(dāng)使用高粘性樹脂時，很難創(chuàng)建厚度一致的層。制造復(fù)雜零件通常需要支撐，支撐必須精確定位，然后在物體變硬后將其移除。

盡管可以使用多光子聚合來避免逐層方法，但是3-D打印玻璃物體需要一種在初始液相期間以及一旦聚合后在激光波長下都是透明的材料。它還必須吸收激光波長一半的激光以啟動多光子聚合過程。

為此，研究人員使用了一種包含光化學(xué)引發(fā)劑的混合物來吸收激光，樹脂和高濃度的二氧化硅納米顆粒。除了可以很好地與激光器配合使用之外，這種混合物的高粘度還可以形成3D零件，而不會產(chǎn)生變形問題，也沒有支撐物可以在3D打印過程中將物體固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

“對這項技術(shù)至關(guān)重要的是基于Strickland的高功率超短激光器和穆魯?shù)腶nd脈沖放大技術(shù)，該技術(shù)在2018年獲得了諾貝爾獎，”加萊說�！爸挥袕�(qiáng)脈沖和非常短的脈沖才會產(chǎn)生高精度的非線性光聚合，并且不會產(chǎn)生熱效應(yīng)。

測試過程

在確認(rèn)可以使用二氧化硅納米顆粒混合物創(chuàng)建固體物體后，研究人員使用其3-D打印方法來創(chuàng)建形狀復(fù)雜的物體。他們還應(yīng)用了將聚合后的零件轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡУ墓に嚒?/p>

加萊斯說：“我們的方法有可能被用于生產(chǎn)幾乎任何類型的3-D玻璃物體�！� “例如，我們正在探索生產(chǎn)可用于豪華手表或香水瓶的玻璃部件的可能性�！�

研究人員正在努力使這種技術(shù)更實用，并通過例如試驗價格較低的激光源來降低成本。他們還希望優(yōu)化工藝以改善表面質(zhì)量以降低粗糙度。

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