Forskere bruger 3-D printer til at printe glas

For første gang, forskere har med succes 3-D-printet chalcogenidglas, et unikt materiale, der bruges til at fremstille optiske komponenter, der fungerer ved mellem-infrarøde bølgelængder. Evnen til at 3D-printe dette glas kunne gøre det muligt at fremstille komplekse glaskomponenter og optiske fibre til nye typer billige sensorer, telekommunikationskomponenter og biomedicinsk udstyr.

I tidsskriftet The Optical Society (OSA). Optiske materialer Express , forskere fra Centre d'Optique, Photonique et Laser (COPL) ved Université Laval i Canada, Patrick Larochelle og hans kolleger, beskrive, hvordan de modificerede en kommercielt tilgængelig 3-D-printer til glasekstrudering. Den nye metode er baseret på den almindeligt anvendte teknik med fused deposition modellering, hvor en plastikfilament smeltes og derefter ekstruderes lag for lag for at skabe detaljerede 3D-objekter.

"3D-print af optiske materialer vil bane vejen for en ny æra med design og kombination af materialer for at producere fremtidens fotoniske komponenter og fibre, " sagde Yannick Ledemi, et medlem af forskergruppen. "Denne nye metode kan potentielt resultere i et gennembrud for effektiv fremstilling af infrarøde optiske komponenter til en lav pris."

Trykglas

Chalcogenidglas blødgøres ved en relativt lav temperatur sammenlignet med andet glas. Forskerholdet øgede derfor den maksimale ekstruderingstemperatur for en kommerciel 3D-printer fra omkring 260 °C til 330 °C for at muliggøre ekstrusion af chalcogenidglas. De producerede chalcogenid-glasfilamenter med dimensioner svarende til de kommercielle plastfilamenter, der normalt bruges med 3-D-printeren. Endelig, printeren var programmeret til at skabe to prøver med komplekse former og dimensioner.

"Vores tilgang er meget velegnet til blødt chalcogenidglas, men alternative tilgange undersøges også til at printe andre typer glas, " sagde Ledemi. "Dette kunne tillade fremstilling af komponenter lavet af flere materialer. Glas kan også kombineres med polymerer med specialiserede elektroledende eller optiske egenskaber for at producere multifunktionelle 3-D-printede enheder."

3-D-print ville også være nyttigt til fremstilling af fiberpræforme - et stykke glas, der trækkes ind i en fiber - med komplekse geometrier eller flere materialer, eller en kombination af begge. Når design- og fremstillingsteknikkerne er finjusteret, forskerne siger, at 3-D-print kunne bruges til billig fremstilling af store mængder infrarøde glaskomponenter eller fiberpræforme.

"3-D-printede chalcogenid-baserede komponenter ville være nyttige til infrarød termisk billeddannelse til forsvars- og sikkerhedsapplikationer, " fortsatte Ledemi. "De ville også aktivere sensorer til overvågning af forurenende stoffer, biomedicin og andre applikationer, hvor den infrarøde kemiske signatur af molekyler bruges til påvisning og diagnose."

Forskerne arbejder nu på at forbedre designet af printeren for at øge dens ydeevne og muliggøre additiv fremstilling af komplekse dele eller komponenter lavet af chalcogenidglas. De ønsker også at tilføje nye ekstrudere for at muliggøre co-printing med polymerer til udvikling af multi-materiale komponenter.