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皓天鑫
【中國(guó)智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家日前開(kāi)發(fā)了一種3D打印透明玻璃的新技術(shù)，該研究可以改變激光器和其他光學(xué)器件的構(gòu)建方式。他們?yōu)榇藙?chuàng)造了一系列定制玻璃油墨，具有高度控制的流動(dòng)性，因此可以在室溫下打印。
改進(jìn)玻璃3D打印技術(shù) 美科學(xué)家發(fā)明定制油墨
近日，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種3D打印透明玻璃的新技術(shù)。據(jù)悉，該研究可以改變激光器和其他光學(xué)器件的構(gòu)建方式。
雖然玻璃3D打印還處于起步階段，但已經(jīng)有了如何好地進(jìn)行實(shí)踐的競(jìng)爭(zhēng)觀點(diǎn)。在不同的地方，你會(huì)發(fā)現(xiàn)各種各樣的專家告訴你關(guān)于如何(或不應(yīng)該)使用3D打印來(lái)創(chuàng)造透明的東西。
例如，以色列3D打印機(jī)開(kāi)發(fā)商MICRON3DP近在內(nèi)部創(chuàng)建了批革命性的玻璃3D打印機(jī)，該公司表示，其FDM型機(jī)器可將熔融玻璃加熱至1000攝氏度，然后將其擠出成塑料。
然而，其他研究人員并不認(rèn)為這是打印玻璃的佳方式，并且嘗試使用立體光刻式3D打印來(lái)在較低溫度下制造材料。
現(xiàn)在，加州LLNL的研究人員認(rèn)為他們已經(jīng)破解了該技術(shù)。
他們認(rèn)為，諸如FDM和立體光刻3D打印技術(shù)不能完全融合玻璃絲，這將導(dǎo)致多孔或不均勻結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。所以他們創(chuàng)造了一系列定制玻璃油墨。
由玻璃顆粒的濃縮懸浮液制成，這些油墨具有高度控制的流動(dòng)性，因此可以在室溫下打印。
LLNL研究人員說(shuō)，用這些特殊油墨打印的部件可以進(jìn)行熱處理，使其更致密，并清除打印過(guò)程的證據(jù)。一旦完成，研究人員可以添加光學(xué)質(zhì)量拋光劑，使部件更光滑、更均勻。
LLNL材料工程師Du Nguyen說(shuō)：“為了打印高質(zhì)量的光學(xué)元件，它們必須是透明的。”
“一旦我們得到一個(gè)總體的工作，我們可以調(diào)整它，以便材料可以在打印過(guò)程中合并。大多數(shù)其他打印玻璃的組件首先熔化玻璃并稍后冷卻，這有殘留應(yīng)力和開(kāi)裂的可能性。但是我們?cè)谑覝叵麓蛴?，這顯然不是一個(gè)問(wèn)題。”
打印的對(duì)象從3D打印機(jī)出來(lái)不透明，但干燥和熱處理使其變得透明。
那么這種新的玻璃3D打印技術(shù)可以應(yīng)用于哪些領(lǐng)域呢？根據(jù)LLNL研究人員的說(shuō)法，其應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)多，這主要是由于所用的直接墨水書(shū)寫(xiě)程序提供的高分辨率。
這項(xiàng)研究顯然可以讓科學(xué)家在單一平面光學(xué)元件中融合不同折射率的3D打印玻璃。通常，需要特殊的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)這些透鏡特性，并且使它們變得具有挑戰(zhàn)性。
Nguyen說(shuō)：“復(fù)雜的拋光或非球面的鏡片是一種勞動(dòng)密集型的工作，需要很多的技能，但拋光平面更容易。通過(guò)控制打印部件的折射率，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(tuán)隊(duì)認(rèn)為，新的3D打印技術(shù)可以補(bǔ)充現(xiàn)有的光學(xué)實(shí)踐，而不是替代它們。具體來(lái)說(shuō)，可以使用3D打印來(lái)創(chuàng)建目前市場(chǎng)上不存在的組合梯度，而一些3D打印組件可用于減小光學(xué)系統(tǒng)的尺寸、重量或成本。
LLNL光學(xué)和材料科學(xué)與技術(shù)項(xiàng)目總監(jiān)Tayyab Suratwala說(shuō)：“光學(xué)制造研究和開(kāi)發(fā)趨向于自由形式光學(xué)，它們是可以實(shí)際形成任何復(fù)雜形狀的光學(xué)元件。 擴(kuò)大到具有組成變化的3D打印光學(xué)裝置可以大大提高這一新前沿的能力。”
研究人員現(xiàn)在計(jì)劃通過(guò)改變玻璃的組成來(lái)嘗試3D打印高品質(zhì)光學(xué)和漸變折射率透鏡。一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)將是創(chuàng)建漸變折射率(GRIN)光學(xué)元件，這將需要更高層次的了解和控制打印過(guò)程。
LLNL科學(xué)家還將嘗試使用3D打印玻璃來(lái)應(yīng)用于光學(xué)之外的應(yīng)用，例如具有復(fù)雜幾何形狀的玻璃微流體裝置。
據(jù)悉，與明尼蘇達(dá)大學(xué)和俄克拉荷馬州立大學(xué)的科學(xué)家合作開(kāi)展的研究已經(jīng)在材料中發(fā)表。
(原標(biāo)題：LLNL開(kāi)發(fā)出3D打印透明玻璃的新技術(shù))
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