來(lái)自ICMCB-CNRS實(shí)驗室和波爾多大學(xué)的研究人員已經(jīng)(jīng)開(kāi)發(fā)(fā)出一種通過(guò)FDM技術(shù)進(jìn)行3D打印磷酸鹽玻璃的方法。通過(guò)使用纖維拉伸塔拉動(dòng)玻璃絲，研究人員能夠擠出復雜的幾何形狀，同時(shí)保持材料的發(fā)(fā)光特性。該團隊認為，其直接制造透明玻璃的方法帶來(lái)了尖端光學(xué)組件和新型生物醫(yī)學(xué)設備的可能性。

印刷磷酸鹽玻璃。圖片來(lái)自波爾多大學(xué)。

磷酸鹽玻璃

磷酸鹽玻璃是光學(xué)玻璃的一種示例，這種玻璃具有折射特性，非常適合透鏡，光纖和光學(xué)系統(tǒng)中的其他組件。由于不希望的不透明性變化和某些結晶現(xiàn)象，此類(lèi)材料的3D打印已在很大程度上困擾著(zhù)科學(xué)家多年。

研究人員認為，由于不幸的缺乏分辨率或密度，過(guò)去的任何半成功嘗試都受到了阻礙。制造高密度，亞毫米分辨率的玻璃物體的能力將使整套低成本幾何復雜的光子器件成為波爾多研究的最終目標。

擠出玻璃絲

研究的第一階段涉及開(kāi)發(fā)(fā)基礎磷酸鹽玻璃絲。將該材料在800°C的鉑制坩堝中專(zhuān)門(mén)配制，然后拉成1.9mm厚的棒。由于融化和擠出磷酸鹽玻璃所需的溫度異常高，該團隊不得不配備入門(mén)級的Prusa i3克隆，并配備定制的熱端和印刷床。通過(guò)進(jìn)行一些重大修改，打印機最終可以控制進(jìn)行實(shí)驗所需的470°C噴嘴和320°C床溫。

通過(guò)研究研究中的許多印刷參數(shù)，該團隊成功地實(shí)現(xiàn)了99.98％的超高密度，并避免了零件內(nèi)不必要的光散射。用SEM圖像和X射線(xiàn)斷層掃描進(jìn)行了完整的系統(tǒng)顯微結構表征，揭示了100微米范圍內(nèi)的層厚度和約600微米的線(xiàn)寬。研究小組還發(fā)(fā)現(xiàn)線(xiàn)間鍵合質(zhì)(zhì)量和透光率之間存在相關(guān)性。

印刷結構顯示出非常低的孔隙率，約為0.02％。圖片來(lái)自波爾多大學(xué)。

這項研究中最引人注目的結果可是印刷玻璃結構保持了其光學(xué)發(fā)(fā)光特性，這意味著(zhù)它們在整個(gè)過(guò)程中均顯示出均勻的透光率。該特性在任何高科技光學(xué)系統(tǒng)中都是絕對至關(guān)重要的，因此，這項工作在提供經(jīng)(jīng)濟有效的最終用途組件生產(chǎn)(chǎn)方法方面顯示出巨大潛力。

燈絲和印刷部件始終顯示出均勻的光分布。圖片來(lái)自波爾多大學(xué)。

點(diǎn)評：盡管他們的成果取得了巨大的成功，但波爾多的科學(xué)家們并不是最早進(jìn)行3D打印玻璃實(shí)驗的人。瑞士ETHZürich的研究人員以前曾使用特殊的樹(shù)脂和DLP 3D打印技術(shù)進(jìn)行3D打印玻璃物體。該方法利用了雜化樹(shù)脂內(nèi)部的光聚合誘導的相分離，從而由塑料和有機混合物制成了復雜的玻璃部件。

在加拿大的其他地方，研究人員開(kāi)發(fā)(fā)了適用于激光和紅外光學(xué)應用的3D可打印玻璃。該材料的熔化溫度較低，約為330°C，這意味著(zhù)它可以通過(guò)改進(jìn)的入門(mén)級臺式3D打印機進(jìn)行擠出。

來(lái)源：中國3D打印網(wǎng)(wǎng)