Революция в стеклообработке: лазерная объемная аддитивная мануфактура обеспечивает точную 3D-печать кварцевого стекла

Традиционные методы стеклоделия могут быть дорогими и медленными, а 3D-печать стекла часто приводит к шершавым текстурам, делая их непригодными для гладких линз. Используя новый лазерный подход объемной аддитивной мануфактуры (VAM) — новейшую технологию ближнемгновенной 3D-печати — исследователи Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) и Университета Калифорнии, Беркли, продемонстрировали способность 3D-печатать микроскопические объекты в кварцевом стекле, как часть усилий по производству деликатных, безслойных оптик, которые могут быть построены за секунды или минуты.

Прокличанный «репликатор» по имени вымышленного устройства в «Звездном пути», которое может мгновенно изготавливать практически любой объект, технология Computed Axial Lithography (CAL), разработанная LLNL и UC Berkeley, вдохновлена методами компьютерной томографии (КТ). CAL работает путем вычисления проекций из множества углов через цифровую модель целевого объекта, оптимизации этих проекций вычислительно и последующей доставки их в вращающийся объем фоточувствительной смолы с помощью цифрового светового проектора. Со временем спроецированные световые паттерны реконструируют, или наращивают, 3D-распределение световой дозы в материале, отвердевая объект в точках, превышающих световой порог, пока ванна смолы вращается. Полностью сформированный объект материализуется за секунды — гораздо быстрее традиционных слой-за-слоем 3D-печати — и затем ванна сливается для извлечения детали.

Сочетая новый микромасштабный VAM метод под названием micro-CAL, использующий лазер вместо LED-источника, с нанокомпозитной стеклянной смолой, разработанной немецкой компанией Glassomer и Университетом Фрайбурга, исследователи UC Berkeley сообщили о производстве прочных, сложных микроструктурных стеклянных объектов с шероховатостью поверхности всего шесть нанометров с признаками до минимума 50 микрон.

Профессор-ассоцииат механического инженерии UC Berkeley Хайден Тейлор, главный исследователь проекта, сказал, что процесс micro-CAL, дающий более высокую дозу света и отвердевающий 3D-объекты быстрее и с более высоким разрешением, в комбинации с нанокомпозитными смолами, охарактеризованными в LLNL, оказались «идеальной парой друг для друга», создавая «поразительные результаты в прочности напечатанных объектов».

Команда сравнила предельный нагрузку на разрыв стекла, построенного с micro-CAL, против объектов того же размера, сделанных более обычным слой-за-слоем процессом печати. Команда обнаружила, что нагрузки на разрыв CAL-напечатанных структур были более тесно сгруппированы вместе, означая, что исследователи могли иметь больше уверенности в нагрузке на разрыв CAL-печатанных компонентов над обычными техниками.

В течение последних нескольких лет сотрудничество LLNL/UC Berkeley VAM экспериментировало с разными смолами и материалами для создания сложных объектов. Последнее достижение вытекает из исследования с UC Berkeley для открытия новых классов универсальных материалов, которые могли бы расширить диапазон химий и свойств материалов, достижимых через метод VAM.

По словам исследователей. VAM-напечатанное стекло может повлиять на твердотельные стеклянные устройства с микроскопическими признаками, производить оптические компоненты с большей геометрической свободой и на более высоких скоростях и потенциально позволить новые функции или продукты более низкой стоимости.

Реальные приложения могут включать микрооптику в высококачественных камерах, потребительской электронике, биомедицинской визуализации, химических сенсорах, VR-гарнитурах, передовых микроскопах и микрожидкостных устройствах со сложными 3D-геометриями, такими как приложения «лаборатория-на-чипе» (где микроскопические каналы нужны для медицинской диагностики), фундаментальных научных исследований, наноматериалов мануфактуры и скрининга лекарств.

Для дополнительной информации свяжитесь с Керри Мартин по This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.; 935-424-4175.