Phương pháp mới in 3D vật liệu thủy tinh

Ngày tạo: 19/01/2021 4:02:56 CH

Phương pháp mới có thể được sử dụng để tạo ra nhiều loại vật thể phức tạp như chiếc xe đạp được hiển thị ở đây.
Laurent Gallais, Viện Fresnel và Ecole Centrale Marseille

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một quy trình mới dựa trên laser để in 3D các bộ phận phức tạp làm bằng thủy tinh. Với sự phát triển hơn nữa, phương pháp mới có thể hữu ích để tạo ra các quang học phức tạp cho các ứng dụng thị giác, hình ảnh, chiếu sáng hoặc dựa trên laser.

Trưởng nhóm nghiên cứu Laurent Gallais từ Viện Fresnel và Ecole Centrale Marseille ở Pháp cho biết: “Hầu hết các quy trình in 3D đều xây dựng từng lớp một đối tượng. "Quy trình mới của chúng tôi tránh được những hạn chế của những quy trình này bằng cách sử dụng chùm tia laze để biến đổi - hoặc trùng hợp - một tiền chất lỏng thành thủy tinh rắn."

Trong tạp chí Optics Letters của Hiệp hội Quang học (OSA), Gallais và các thành viên nhóm nghiên cứu Thomas Doualle và Jean-Claude Andre chứng minh cách họ sử dụng kỹ thuật mới để tạo ra các vật thể chi tiết trong một khối 3D mà không sử dụng phương pháp tiếp cận từng lớp cổ điển. Bằng cách tiếp cận này, họ đã tạo ra nhiều loại vật thể bằng thủy tinh silica như mô hình thu nhỏ của một chiếc xe đạp và tháp Eiffel mà không có bất kỳ lỗ rỗng hoặc vết nứt nào.

Phương pháp in 3D dựa trên quá trình trùng hợp đa photon, đảm bảo rằng quá trình trùng hợp, một quá trình liên kết các phân tử monome lỏng với nhau thành một polyme rắn, chỉ diễn ra tại tiêu điểm laser chính xác. Nó cho phép chế tạo trực tiếp các bộ phận 3D có kích thước từ vài micrômet đến hàng chục cm với độ phân giải chỉ bị giới hạn bởi quang học được sử dụng để định hình chùm tia laze.

Gallais cho biết: “Thủy tinh là một trong những vật liệu chính được sử dụng để tạo ra quang học. "Công trình của chúng tôi đại diện cho bước đầu tiên hướng tới việc phát triển một quy trình mà một ngày nào đó có thể cho phép các nhà khoa học in 3D các thành phần quang học mà họ cần."

Tìm đúng tài liệu

Sử dụng phương pháp tiếp cận từng lớp truyền thống để xây dựng các vật thể kính 3D có một số hạn chế. Tốc độ của quá trình in bị giới hạn bởi thời gian tạo các lớp và có thể khó tạo các lớp với độ dày phù hợp khi sử dụng nhựa có độ nhớt cao. Việc chế tạo các bộ phận phức tạp thường yêu cầu giá đỡ, phải được định vị chính xác và sau đó được tháo ra khi vật thể cứng lại.

Mặc dù quá trình trùng hợp đa photon có thể được sử dụng để tránh tiếp cận từng lớp, các vật kính in 3D yêu cầu vật liệu trong suốt ở bước sóng của tia laser cả trong pha lỏng ban đầu và một khi đã được trùng hợp. Nó cũng phải hấp thụ ánh sáng laser ở một nửa bước sóng laser để bắt đầu quá trình trùng hợp đa photon.

Để thực hiện điều này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một hỗn hợp có chứa chất khơi mào quang hóa để hấp thụ ánh sáng laser, một loại nhựa và các hạt nano silica có nồng độ cao. Ngoài việc hoạt động tốt với tia laser, độ nhớt cao của hỗn hợp này cho phép hình thành một phần 3D mà không gặp vấn đề về biến dạng hoặc hỗ trợ để giữ đối tượng ở đúng vị trí trong quá trình in 3D.

Gallais cho biết: “Điều quan trọng đối với kỹ thuật này là các tia laser siêu ngắn công suất cao dựa trên công nghệ khuếch đại xung có tiếng của Strickland và Mourou đã được công nhận với giải Nobel năm 2018. "Chỉ những xung cường độ cao và rất ngắn sẽ tạo ra sự trùng hợp ảnh phi tuyến tính với độ chính xác cao và không có hiệu ứng nhiệt."

Kiểm tra quy trình

Sau khi xác nhận rằng một vật thể rắn có thể được tạo ra bằng cách sử dụng hỗn hợp các hạt nano silica, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp in 3D của họ để tạo ra các vật thể có hình dạng phức tạp. Họ cũng áp dụng một quy trình biến các phần polyme hóa thành thủy tinh.

Gallais cho biết: “Cách tiếp cận của chúng tôi có thể được sử dụng để sản xuất hầu hết mọi loại vật thể thủy tinh 3D. "Ví dụ, chúng tôi đang khám phá khả năng sản xuất các bộ phận thủy tinh có thể được sử dụng trên đồng hồ sang trọng hoặc chai nước hoa."

Các nhà nghiên cứu đang làm việc để làm cho kỹ thuật này thực tế hơn và giảm chi phí bằng cách thử nghiệm với các nguồn laser ít tốn kém hơn. Họ cũng muốn tối ưu hóa quy trình để cải thiện chất lượng bề mặt nhằm giảm độ nhám.

Nguồn: mbtmag

---

Tags: artec eva artec scanner artec 3d scanner artec spider artec eva 3d scanner artec 3d scanner price artec eva price artec eva scanner artec spider scanner artec eva 3d artec eva 3d scanner price artec 3d spider artec spider 3d scanner price máy quét artec máy quét 3d cầm tay máy quét 3D máy scan mini artec máy scan artec máy scan cầm tay máy scan 3d