根據(jù)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)新研究,加州大學(xué)伯克利分校的研究人員開(kāi)發(fā)了一種3D打印玻璃微結(jié)構(gòu)的新方法。這種方法速度更快,生產(chǎn)的物體具有更高的光學(xué)質(zhì)量、設(shè)計(jì)靈活性和強(qiáng)度。
研究人員與德國(guó)弗賴(lài)堡大學(xué)的科學(xué)家們合作,擴(kuò)展了他們?nèi)昵伴_(kāi)發(fā)的3D打印工藝--計(jì)算軸向光刻技術(shù)(CAL)的能力,以打印更精細(xì)的特征,并在玻璃中打印。他們把這個(gè)新系統(tǒng)稱(chēng)為“micro-CAL”。
玻璃通常是制造復(fù)雜微觀物體的首選材料,包括智能手機(jī)和內(nèi)窺鏡中使用的小型高質(zhì)量相機(jī)的鏡頭,以及用于分析或處理微量液體的微流體裝置。然而,目前的制造方法可能是緩慢的、昂貴的,而且在滿足該行業(yè)日益增長(zhǎng)的需求方面能力有限。
CAL工藝與今天的工業(yè)3D打印制造工藝有根本的不同,后者是用薄薄的材料層建立起物體。這種技術(shù)可能會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間,而且會(huì)導(dǎo)致粗糙的表面紋理。然而,CAL是同時(shí)對(duì)整個(gè)物體進(jìn)行3D打印的。研究人員使用激光將光的模式投射到旋轉(zhuǎn)的光敏材料中,建立起一個(gè)三維光劑量,然后凝固成所需的形狀。CAL工藝的無(wú)層性使得光滑的表面和復(fù)雜的幾何形狀成為可能。
這項(xiàng)研究突破了CAL的界限,展示了其在玻璃結(jié)構(gòu)中打印微尺度特征的能力。“當(dāng)我們?cè)?019年首次發(fā)表這種方法時(shí),CAL可以將物體打印到聚合物中,其特征大小約為三分之一毫米,”加州大學(xué)伯克利分校的主要研究人員和機(jī)械工程教授 Hayden Taylor說(shuō)。
“現(xiàn)在,通過(guò)micro-CAL,我們可以在聚合物中打印物體,其特征小到約2000萬(wàn)分之一米,或約為人類(lèi)頭發(fā)寬度的四分之一。而且,我們首次展示了這種方法不僅可以在聚合物中打印,還可以在玻璃中打印,其特征可縮小至約五千萬(wàn)分之一米。”
為了打印玻璃,Taylor和他的研究團(tuán)隊(duì)與弗賴(lài)堡大學(xué)的科學(xué)家們合作,他們開(kāi)發(fā)了一種特殊的樹(shù)脂材料,其中含有玻璃的納米顆粒,周?chē)枪饷舻恼澈蟿┮后w。來(lái)自打印機(jī)的數(shù)字光投射使粘結(jié)劑凝固,然后研究人員對(duì)打印的物體進(jìn)行加熱,以去除粘結(jié)劑,并將顆粒融合在一起,成為純玻璃的固體物體。
Taylor說(shuō):“這里的關(guān)鍵因素是,粘合劑的折射率與玻璃的折射率幾乎相同,因此,光線通過(guò)材料時(shí)幾乎沒(méi)有散射。CAL印刷工藝和這種Glassomer (GmbH)開(kāi)發(fā)的材料是彼此的完美結(jié)合。”
研究小組還進(jìn)行了測(cè)試,發(fā)現(xiàn)CAL打印的玻璃物體比使用傳統(tǒng)的基于層的打印工藝制造的物體具有更穩(wěn)定的強(qiáng)度。 Taylor說(shuō):“當(dāng)玻璃物體含有更多的缺陷或裂縫,或有一個(gè)粗糙的表面時(shí),它們往往更容易破碎。因此,與其他基于層的3D打印工藝相比,CAL制作表面更光滑的物體的能力是一個(gè)很大的潛在優(yōu)勢(shì)。”
CAL的3D打印方法為微觀玻璃物體的制造商提供了一種新的和更有效的方法,以滿足客戶對(duì)幾何形狀、尺寸和光學(xué)及機(jī)械性能的苛刻要求。具體來(lái)說(shuō),這包括微觀光學(xué)部件的制造商,這些部件是緊湊型相機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯、高級(jí)顯微鏡和其他科學(xué)儀器的關(guān)鍵部分。 Taylor說(shuō):“能夠以更快的速度和更大的幾何自由度制造這些部件,有可能帶來(lái)新的設(shè)備功能或更低的成本。”
原標(biāo)題:科學(xué)家開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的3D打印技術(shù) 用光線創(chuàng)造玻璃微結(jié)構(gòu)
昵稱(chēng) 驗(yàn)證碼 請(qǐng)輸入正確驗(yàn)證碼
所有評(píng)論僅代表網(wǎng)友意見(jiàn),與本站立場(chǎng)無(wú)關(guān)