Forskere bruger 3D-udskrivning til fremstilling af glasfiberforform

Forskere har udviklet en måde at bruge 3-D-udskrivning til at skabe en præform, der kan trækkes ind i optiske fibre i silicaglas, som udgør rygraden i det globale telekommunikationsnetværk. Denne nye fremstillingsmetode kunne ikke kun forenkle produktionen af ​​disse fibre, men også muliggøre design og applikationer, der ikke var mulige før.

"At fremstille optisk silica fiber involverer den arbejdskrævende proces med at spinde rør på en drejebænk, som kræver, at fiberens kerne eller kerner er præcist centreret, "forklarede John Canning, der ledede forskergruppen fra University of Technology i Sydney." Med additiv fremstilling, der er ikke behov for, at fibergeometrien er centreret. Dette fjerner en af ​​de største begrænsninger i fiberdesign og reducerer omkostningerne ved fiberfremstilling betydeligt. "

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Optik bogstaver , Cannings gruppe i samarbejde med Gang-Ding Pengs forskerhold ved University of New South Wales i Sydney rapporterer om de første silicaglasfibre hentet fra 3D-trykte præformer.

"Additiv fremstillingsmetoder såsom 3D-print er velegnede til at ændre hele tilgangen til fiberdesign og formål, "sagde Canning." Dette kunne, for eksempel, udvide anvendelsen af ​​fiberoptiske sensorer, som langt bedre end elektroniske ækvivalenter med hensyn til levetid, kalibrering og vedligeholdelse, men er ikke blevet bredt implementeret på grund af deres dyre fremstilling. "

Oversættelse af polymer 3D-tryk til glas

Den nye præstation bygger på tidligere arbejde, hvor forskerne brugte et polymermateriale til at demonstrere den første fiber hentet fra en 3D-trykt præform. Anvendelse af denne tilgang til silica har vist sig at være udfordrende på grund af enorme materielle udfordringer, herunder de høje temperaturer-mere end 1900 grader Celsius-der er nødvendige for 3D-printglas.

"Takket være en ny kombination af materialer og integration af nanopartikler, vi har vist, at det er muligt at 3D-printe en silica-præform, "sagde Canning." Vi forventer, at dette fremskridt vil bringe en strøm af aktivitet, herunder andre metoder til additiv fremstilling, at fremskynde dette felt. "

I det nye værk, forskerne brugte en kommercielt tilgængelig 3D-printer med direkte lysprojektion. Denne type additiv fremstilling er ekstremt præcis og bruges typisk til at oprette polymerobjekter ved at bruge en digital lysprojektor til at polymerisere fotoreaktive monomerer. For at oprette et silicaobjekt, forskerne tilføjede silica nanopartikler til monomeren i mængder på 50 vægtprocent eller derover. De designede et 3D-trykt cylindrisk objekt, der indeholdt et hul til en kerne. De indsatte derefter en lignende blanding af polymer og nanopartikler i hullet, denne gang tilføjede germanosilicat til silica -nanopartiklerne for at skabe et højere brydningsindeks. På denne måde, integration af en række dopemidler bliver mulig.

Næste, forskerne brugte et unikt opvarmningstrin kaldet afbinding til at fjerne polymeren og kun efterlade silica -nanopartikler, som holdes sammen af ​​intermolekylære kræfter. Endelig, ved at hæve temperaturen smeltede nanopartiklerne yderligere sammen til en fast struktur, der kunne indsættes i et træk -tårn, hvor det opvarmes og trækkes for at skabe den optiske fiber.

Forskerne brugte deres nye teknik til at fremstille en præform-ækvivalent til en standard germanosilikatfiber, der kunne bruges til at skabe multi- eller single-mode fibre, afhængig af tegneforhold. Selvom de observerede store lystab i de oprindeligt fremstillede optiske fibre, de har siden identificeret årsagerne til disse tab og arbejder på at løse dem.

"Den nye teknik fungerede overraskende godt og kan anvendes på en række glasmaterialeforarbejdninger for at forbedre andre typer optiske komponenter, "sagde Canning." Med yderligere forbedringer for at begrænse lystabet, denne nye tilgang kan potentielt erstatte den konventionelle drejebænk-baserede metode til fremstilling af optiske silica-fibre. Dette ville ikke kun reducere fabrikations- og materialeomkostninger, men også lavere lønomkostninger, fordi uddannelse og farer reduceres. "

Forskerne er interesserede i at arbejde med et almindeligt kommercielt fiberfremstillingsfirma for at forbedre og kommercialisere teknologien. De planlægger også at undersøge andre metoder til at fremskynde 3D-udskrivning ved at forfine det til forskellige applikationer.