研究人員開發(fā)出基于激光的新工藝，用于3D打印玻璃物體

2021-01-13 來源：科技報告與資訊

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【中玻網(wǎng)】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)雜部件。隨著進一步的發(fā)展，這種新方法可以用于制造視覺、成像、照明或基于激光的復(fù)雜光學(xué)器件。大多數(shù)3D打印工藝都是逐層建立一個物體，來自法國菲涅爾研究所和馬賽中央學(xué)院的研究小組開發(fā)的新工藝通過使用激光束將液體前體轉(zhuǎn)化或聚合成固體玻璃，避免了這些工藝的局限性。利用這種方法，他們創(chuàng)建了各種二氧化硅玻璃物體，如自行車和埃菲爾鐵塔的微型模型，沒有任何孔隙或裂縫。

　　3D打印方法基于多光子聚合，它確保了聚合（將液體單體分子連接在一起成為固體聚合物的過程）只在激光焦點處發(fā)生。它可以直接制造尺寸從幾微米到幾十厘米的三維零件，其分辨率理論上只受限于用于激光束成形的光學(xué)器件。玻璃是用于制造光學(xué)器件的主要材料之一，新工藝有朝一日可以讓科學(xué)家們3D打印他們所需要的光學(xué)元件。

　　雖然可以使用多光子聚合來避免逐層打印的方法，但3D打印玻璃物體需要一種在初始液態(tài)階段和聚合后在激光波長下都是透明的材料。它還必須以激光波長的一半吸收激光，以啟動多光子聚合過程。

　　為了實現(xiàn)這一目標，研究人員使用了一種含有吸收激光的光化學(xué)引發(fā)劑、樹脂和高濃度二氧化硅納米顆粒的混合物。除了能很好地與激光配合，這種混合物的高粘度還能讓3D部件成型，而不會出現(xiàn)變形問題，也不會在3D打印過程中需要支撐物來保持物體的位置。

　　在驗證了使用二氧化硅納米顆粒混合物可以創(chuàng)建一個固體物體后，研究人員使用他們的3-D打印方法來創(chuàng)建具有復(fù)雜形狀的物體。他們還應(yīng)用了一種將聚合部件轉(zhuǎn)化為玻璃的工藝。研究人員正在努力使這項技術(shù)更加實用，并通過試驗使用更便宜的激光源等方式降低成本。他們還希望優(yōu)化工藝，提高表面質(zhì)量以降低粗糙度。

　　論文標題為《3D-printing of silica glass through multiphoton polymerization process》，發(fā)表在《Optics Letters》雜志上。

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