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改进玻璃3D打印技术 美科学家发明定制油墨

2019-11-07 13:26

  美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家日前开发了一种3D打印透明玻璃的新技术,该研究可以改变激光器和其他光学器件的构建方式。他们为此创造了一系列定制玻璃油墨,具有高度控制的流动性,因此可以在室温下打印。

JH

 

  改进玻璃3D打印技术 美科学家发明定制油墨

  近日,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家们开发了一种3D打印透明玻璃的新技术。据悉,该研究可以改变激光器和其他光学器件的构建方式。

  虽然玻璃3D打印还处于起步阶段,但已经有了如何最好地进行实践的竞争观点。在不同的地方,你会发现各种各样的专家告诉你关于如何(或不应该)使用3D打印来创造透明的东西。

  例如,以色列3D打印机开发商MICRON3DP最近在内部创建了第一批革命性的玻璃3D打印机,该公司表示,其FDM型机器可将熔融玻璃加热至1000摄氏度,然后将其挤出成塑料。

  然而,其他研究人员并不认为这是打印玻璃的最佳方式,并且尝试使用立体光刻式3D打印来在较低温度下制造材料。

  现在,加州LLNL的研究人员认为他们已经破解了该技术。

  他们认为,诸如FDM和立体光刻3D打印技术不能完全融合玻璃丝,这将导致多孔或不均匀结构的问题。所以他们创造了一系列定制玻璃油墨。

  由玻璃颗粒的浓缩悬浮液制成,这些油墨具有高度控制的流动性,因此可以在室温下打印。

  LLNL研究人员说,用这些特殊油墨打印的部件可以进行热处理,使其更致密,并清除打印过程的证据。一旦完成,研究人员可以添加光学质量抛光剂,使部件更光滑、更均匀。

  LLNL材料工程师Du Nguyen说:“为了打印高质量的光学元件,它们必须是透明的。”

  “一旦我们得到一个总体的工作,我们可以调整它,以便材料可以在打印过程中合并。大多数其他打印玻璃的组件首先熔化玻璃并稍后冷却,这有残留应力和开裂的可能性。但是我们在室温下打印,这显然不是一个问题。”

  打印的对象从3D打印机出来不透明,但干燥和热处理使其变得透明。

  那么这种新的玻璃3D打印技术可以应用于哪些领域呢?根据LLNL研究人员的说法,其应用领域相当多,这主要是由于所用的直接墨水书写程序提供的高分辨率。

  这项研究显然可以让科学家在单一平面光学元件中融合不同折射率的3D打印玻璃。通常,需要特殊的形状来实现这些透镜特性,并且使它们变得具有挑战性。

  Nguyen说:“复杂的抛光或非球面的镜片是一种劳动密集型的工作,需要很多的技能,但抛光平面更容易。通过控制打印部件的折射率,您可以改变光线的弯曲度,从而可以使抛光的镜头平坦。”

  Nguyen和他的团队认为,新的3D打印技术可以补充现有的光学实践,而不是替代它们。具体来说,可以使用3D打印来创建目前市场上不存在的组合梯度,而一些3D打印组件可用于减小光学系统的尺寸、重量或成本。

  LLNL光学和材料科学与技术项目总监Tayyab Suratwala说:“光学制造研究和开发趋向于自由形式光学,它们是可以实际形成任何复杂形状的光学元件。 扩大到具有组成变化的3D打印光学装置可以大大提高这一新前沿的能力。”

  研究人员现在计划通过改变玻璃的组成来尝试3D打印高品质光学和渐变折射率透镜。一个关键的挑战将是创建渐变折射率(GRIN)光学元件,这将需要更高层次的了解和控制打印过程。

  LLNL科学家还将尝试使用3D打印玻璃来应用于光学之外的应用,例如具有复杂几何形状的玻璃微流体装置。

  据悉,与明尼苏达大学和俄克拉荷马州立大学的科学家合作开展的研究已经在高级材料中发表。

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