基于激光的3D打印细节玻璃物体的工艺

据悉，来自法国的研究人员开发了一种新的基于激光的3D打印技术，可以打印由玻璃制成的复杂部件。随着进一步的发展，这种新方法可以用于制作视觉、成像、照明或基于激光的复杂光学器件。
       来自法国菲涅耳研究所和马赛中央学院的研究团队负责人表示，大多数3D打印工艺都是一层一层地构建对象。而他们的新工艺通过使用激光束将液体前体转化为固体玻璃，从而避免了这些工艺的局限性。
       在美国光学学会(OSA)期刊《Optics Letters》上，研究人员们演示了他们如何在不使用经典的逐层方法的情况下，使用新技术在三维空间中创建细节对象。利用这种方法，他们创造了各种各样的二氧化硅玻璃物体，比如没有任何孔隙或裂缝的自行车和埃菲尔铁塔的微型模型。
       这种3D打印的方法是基于多光子聚合，将液体单体分子连接成固体聚合物的过程确保了聚合，只有在精确的激光焦点上才会发生。它允许直接制造从几微米到几十厘米大小的3D部件，其分辨率在理论上只受限于用于激光束成形的光学材料。 研究人员表示，玻璃是制造光学的主要材料之一，他们的工作代表着朝着未来可能允许科学家3D打印他们所需要的光学部件的开发过程迈出的第一步。
找到合适的材料 
      使用传统的逐层方法来构建3D玻璃物体有几个限制。印刷过程的速度受到了构建层的时间的限制，而且当使用高粘性树脂时，很难创建厚度一致的层。制造复杂零件通常需要支架，支架必须被精确定位，然后在物体硬化后移除。
       虽然多光子聚合可以用来避免逐层的方法，但3D打印玻璃物体需要一种材料，在激光的波长是透明的，无论是在初始液相和一旦聚合。它还必须吸收一半激光波长的激光，以启动多光子聚合过程。
       为了实现这一目标，研究人员使用了一种含有光化学引发剂的混合物来吸收激光，一种树脂和高浓度的二氧化硅纳米颗粒。除了可以很好地与激光一起工作，这种混合物的高粘度使3D零件成型时没有变形问题或在3D打印过程中保持物体的位置。
       研究人员表示，这项技术的关键是基于Strickland和Mourou啁啾脉冲放大技术的高功率超短激光器，该技术于2018年获得了诺贝尔奖。只有强烈且非常短的脉冲才能产生高精度且没有热效应的非线性光聚合。”
测试过程 
       在验证了使用纳米二氧化硅混合物可以创建固体物体后，研究人员使用他们的3D打印方法创建了具有复杂形状的物体。他们还应用了一种将聚合部分转化为玻璃的方法。研究人员认为，他们的方法可以用于制造几乎任何类型的3D玻璃物体。例如，生产用于高档手表或香水瓶的玻璃部件。研究人员正在努力使这项技术更实用，降低成本，例如通过试验更便宜的激光源。他们还希望优化工艺，提高表面质量，降低粗糙度。

图：研究人员开发了一种基于激光的3D打印玻璃复杂部件的新工艺。它使用多光子聚合在三维空间中直接创建一个物体。