來自ICMCB-CNRS實(shí)驗(yàn)室和波爾多大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種通過FDM技術(shù)進(jìn)行3D打印磷酸鹽玻璃的方法。通過使用纖維拉伸塔拉動(dòng)玻璃絲，研究人員能夠擠出復(fù)雜的幾何形狀，同時(shí)保持材料的發(fā)光特性。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，其直接制造透明玻璃的方法帶來了尖端光學(xué)組件和新型生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的可能性。

印刷磷酸鹽玻璃。圖片來自波爾多大學(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(jié)晶現(xiàn)象，此類材料的3D打印已在很大程度上困擾著科學(xué)家多年。

研究人員認(rèn)為，由于不幸的缺乏分辨率或密度，過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(fù)雜的光子器件成為波爾多研究的最終目標(biāo)。

擠出玻璃絲

研究的第一階段涉及開發(fā)基礎(chǔ)磷酸鹽玻璃絲。將該材料在800°C的鉑制坩堝中專門配制，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(tuán)隊(duì)不得不配備入門級(jí)的Prusa i3克隆，并配備定制的熱端和印刷床。通過進(jìn)行一些重大修改，打印機(jī)最終可以控制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所需的470°C噴嘴和320°C床溫。

通過研究研究中的許多印刷參數(shù)，該團(tuán)隊(duì)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射線斷層掃描進(jìn)行了完整的系統(tǒng)顯微結(jié)構(gòu)表征，揭示了100微米范圍內(nèi)的層厚度和約600微米的線寬。研究小組還發(fā)現(xiàn)線間鍵合質(zhì)量和透光率之間存在相關(guān)性。

印刷結(jié)構(gòu)顯示出非常低的孔隙率，約為0.02％。圖片來自波爾多大學(xué)。

這項(xiàng)研究中最引人注目的結(jié)果可是印刷玻璃結(jié)構(gòu)保持了其光學(xué)發(fā)光特性，這意味著它們?cè)谡麄€(gè)過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(duì)至關(guān)重要的，因此，這項(xiàng)工作在提供經(jīng)濟(jì)有效的最終用途組件生產(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。圖片來自波爾多大學(xué)。

點(diǎn)評(píng)：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(yàn)的人。瑞士ETHZürich的研究人員以前曾使用特殊的樹脂和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脂內(nèi)部的光聚合誘導(dǎo)的相分離，從而由塑料和有機(jī)混合物制成了復(fù)雜的玻璃部件。

在加拿大的其他地方，研究人員開發(fā)了適用于激光和紅外光學(xué)應(yīng)用的3D可打印玻璃。該材料的熔化溫度較低，約為330°C，這意味著它可以通過改進(jìn)的入門級(jí)臺(tái)式3D打印機(jī)進(jìn)行擠出。

來源：中國(guó)3D打印網(wǎng)