基于FDM技術(shù)，LLNL用定制油墨成功3D打印高性能光學(xué)玻璃元件

2018年4月3日，南極熊獲悉，加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的一個(gè)研究小組，最近在3D打印光學(xué)領(lǐng)域取得激動(dòng)人心的新突破。 從事光學(xué)項(xiàng)目的科學(xué)家和工程師開發(fā)出一種新的3D打印技術(shù)，該技術(shù)使用特制的墨水從定制的3D打印機(jī)中擠出。 他們成功地打印了具有高級(jí)光學(xué)特性的小型測(cè)試件，可以與許多市售玻璃產(chǎn)品相媲美，現(xiàn)在已經(jīng)為創(chuàng)新的3D打印工藝申請(qǐng)了專利。

我們之前報(bào)道過(guò)LLNL的3D打印光學(xué)工作，過(guò)去幾年，許多3D打印光學(xué)技術(shù)被嘗試過(guò)，例如Fraunhofer IOF和Micron3DP，通常使用玻璃絲和先進(jìn)的SLA工藝。 LLNL的研究人員率先提出使用FDM熔融沉積技術(shù)結(jié)合定制3D打印油墨來(lái)改進(jìn)玻璃制造。

打印光學(xué)器件的困難在于玻璃的折射率對(duì)熱敏感，為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員選擇以糊狀形式存放LLNL開發(fā)的特殊材料，然后加熱整個(gè)打印品以定型。 這意味著玻璃能夠保持均勻的折射率，從而消除了可能導(dǎo)致光學(xué)功能下降的任何光學(xué)畸變。

定制的3D打印油墨由不同的二氧化硅和二氧化鈦顆粒的漿料形成。 他們進(jìn)行了微調(diào)，以便打印具有特定熱學(xué)和機(jī)械性能以及高光學(xué)性能的玻璃。

“從熔融玻璃打印出來(lái)的成分通常會(huì)在3D打印過(guò)程中顯示出紋理，即使您打算拋光表面，您仍然可以看到打印過(guò)程的證據(jù)，”LLNL化學(xué)工程師Rebecca Dylla-Spears說(shuō)， 該項(xiàng)目的主要研究人員“，這種方法使我們能夠獲得光學(xué)所需的指數(shù)均勻性，現(xiàn)在我們可以采取這些組件并做一些有趣的事情�！�

最初打印的測(cè)試件很小，但現(xiàn)在該技術(shù)已被證實(shí)，許多可能的應(yīng)用程序可用于測(cè)試�？梢杂脦缀谓Y(jié)構(gòu)和組成變化來(lái)制造光學(xué)器件，這是使用更傳統(tǒng)的制造方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。例如，3D打印技術(shù)可以用來(lái)制造可以拋光的折射率漸變的透鏡，這將取代用于傳統(tǒng)曲面透鏡的更昂貴的拋光技術(shù)。

LLNL研究人員參與了這項(xiàng)研究包括Nikola Dudukovic, Michael Johnson, Du Nguyen, Timothy Yee, Garth Egan, April Sawvel, William Steele, Lana Wong, Paul Ehrmann, Theodore Baumann, Eric Duoss, and Tayyab Suratwala。他們的工作在一篇題為“‘3D Printed Optical Quality Silica and Silica–Titania Glasses from Sol–Gel Feedstocks’的論文中詳細(xì)介紹，發(fā)表在“Advanced Materials Technologies”雜志上。

Dylla-Spears說(shuō)：“增材制造為我們提供了一種新的自由度，以我們以前無(wú)法做到的方式組合光學(xué)材料。 “它開辟了過(guò)去不存在的新設(shè)計(jì)空間，允許設(shè)計(jì)材料內(nèi)的光學(xué)形狀和光學(xué)特性�！�

編譯自：3ders