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LLNL開發出3D列印透明玻璃的新技術

LLNL開發出3D列印透明玻璃的新技術

近日,勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學家們開發了一種3D列印透明玻璃的新技術。據悉,該研究可以改變激光器和其他光學器件的構建方式。

雖然玻璃3D列印還處於起步階段,但已經有了如何最好地進行實踐的競爭觀點。在不同的地方,你會發現各種各樣的專家告訴你關於如何(或不應該)使用3D列印來創造透明的東西。例如,以色列3D印表機開發商MICRON3DP最近在內部創建了第一批革命性的玻璃3D印表機,該公司表示,其FDM型機器可將熔融玻璃加熱至1000攝氏度,然後將其擠出成塑料。

然而,其他研究人員並不認為這是列印玻璃的最佳方式,並且嘗試使用立體光刻式3D列印來在較低溫度下製造材料。現在,加州LLNL的研究人員認為他們已經破解了該技術。他們認為,諸如FDM和立體光刻3D列印技術不能完全融合玻璃絲,這將導致多孔或不均勻結構的問題。所以他們創造了一系列定製玻璃油墨。由玻璃顆粒的濃縮懸浮液製成,這些油墨具有高度控制的流動性,因此可以在室溫下列印。LLNL研究人員說,用這些特殊油墨列印的部件可以進行熱處理,使其更緻密,並清除列印過程的證據。一旦完成,研究人員可以添加光學質量拋光劑,使部件更光滑、更均勻。

LLNL材料工程師Du Nguyen說:「為了列印高質量的光學元件,它們必須是透明的。」「一旦我們得到一個總體的工作,我們可以調整它,以便材料可以在列印過程中合併。大多數其他列印玻璃的組件首先熔化玻璃並稍後冷卻,這有殘留應力和開裂的可能性。但是我們在室溫下列印,這顯然不是一個問題。」列印的對象從3D印表機出來不透明,但乾燥和熱處理使其變得透明。

那麼這種新的玻璃3D列印技術可以應用於哪些領域呢?根據LLNL研究人員的說法,其應用領域相當多,這主要是由於所用的直接墨水書寫程序提供的高解析度。

這項研究顯然可以讓科學家在單一平面光學元件中融合不同折射率的3D列印玻璃。通常,需要特殊的形狀來實現這些透鏡特性,並且使它們變得具有挑戰性。

Nguyen說:「複雜的拋光或非球面的鏡片是一種勞動密集型的工作,需要很多的技能,但拋光平面更容易。通過控制列印部件的折射率,您可以改變光線的彎曲度,從而可以使拋光的鏡頭平坦。」

Nguyen和他的團隊認為,新的3D列印技術可以補充現有的光學實踐,而不是替代它們。具體來說,可以使用3D列印來創建目前市場上不存在的組合梯度,而一些3D列印組件可用於減小光學系統的尺寸、重量或成本。

LLNL光學和材料科學與技術項目總監Tayyab Suratwala說:「光學製造研究和開發趨向於自由形式光學,它們是可以實際形成任何複雜形狀的光學元件。 擴大到具有組成變化的3D列印光學裝置可以大大提高這一新前沿的能力。」

研究人員現在計劃通過改變玻璃的組成來嘗試3D列印高品質光學和漸變折射率透鏡。一個關鍵的挑戰將是創建漸變折射率(GRIN)光學元件,這將需要更高層次的了解和控制列印過程。

LLNL科學家還將嘗試使用3D列印玻璃來應用於光學之外的應用,例如具有複雜幾何形狀的玻璃微流體裝置。

據悉,與明尼蘇達大學和俄克拉荷馬州立大學的科學家合作開展的研究已經在高級材料中發表。

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