Znanstvenici razvijaju inovativnu tehniku ​​3D ispisa za stvaranje staklenih mikrostruktura pomoću svjetla

Prema novoj studiji objavljenoj u časopisu Science, istraživači sa Sveučilišta u Kaliforniji u Berkeleyu razvili su novu metodu za 3D ispis staklenih mikrostruktura. Ova metoda je brža i proizvodi objekte veće optičke kvalitete, fleksibilnosti dizajna i snage.

Istraživači su, u suradnji sa znanstvenicima sa Sveučilišta Freiburg u Njemačkoj, proširili mogućnosti procesa 3D ispisa koji su razvili prije tri godine, računalne aksijalne litografije (CAL), za ispis finijih crta i ispis na staklu. Novi sustav su nazvali "mikro-CAL".

Staklo je često materijal izbora za izradu složenih mikroskopskih objekata, uključujući leće malih, visokokvalitetnih kamera koje se koriste u pametnim telefonima i endoskopima, te mikrofluidnih uređaja koji se koriste za analizu ili obradu sićušnih količina tekućina. Međutim, trenutne proizvodne metode mogu biti spore, skupe i ograničene u svojoj sposobnosti da zadovolje rastuće zahtjeve industrije.

CAL proces se bitno razlikuje od današnjeg industrijskog procesa proizvodnje 3D ispisa, koji gradi objekte od tankih slojeva materijala. Ova tehnika može biti dugotrajna i može rezultirati grubim površinskim teksturama. Međutim, CAL 3D ispisuje cijeli objekt u isto vrijeme. Istraživači su koristili laser za projiciranje uzorka svjetlosti u rotirajući fotoosjetljivi materijal, stvarajući trodimenzionalnu dozu svjetlosti, koja se zatim stvrdnula u željeni oblik. Priroda CAL procesa bez slojeva omogućuje glatke površine i složene geometrije.

Ovo istraživanje pomiče granice CAL-a, pokazujući njegovu sposobnost ispisivanja mikrorazmjera u staklenim strukturama. "Kada smo prvi put objavili ovu metodu 2019., CAL je mogao ispisivati ​​objekte u polimere sa značajkama veličine oko trećine milimetra", rekao je Hayden Taylor, glavni istraživač i profesor strojarstva na UC Berkeley. .

"Sada, s mikro-CAL-om, možemo ispisivati ​​objekte u polimerima sa značajkama koje su male kao oko 20 milijunti dio metra, ili otprilike četvrtina širine ljudske kose. I, po prvi put, pokazali smo ovaj pristup Ne možete tiskati samo u polimerima, ali možete tiskati i na staklu, sa značajkama do oko 50 milijunti dio metra."

Da bi ispisali staklo, Taylor i njegov istraživački tim surađivali su sa znanstvenicima sa Sveučilišta u Freiburgu, koji su razvili poseban materijal smole koji sadrži nanočestice stakla okružene ljepljivom tekućinom osjetljivom na svjetlost. Digitalna svjetlosna projekcija iz pisača učvršćuje vezivo, a istraživači zatim zagrijavaju tiskani predmet kako bi uklonili vezivo i spojili čestice u čvrsti predmet od čistog stakla.

"Ključni čimbenik ovdje je da je indeks loma veziva gotovo isti kao indeks loma stakla, tako da postoji malo raspršenja svjetlosti dok prolazi kroz materijal", rekao je Taylor. CAL proces ispisa i ovaj materijal koji je razvio Glassomer (GmbH) savršena su kombinacija jedan drugog."

Istraživački tim također je proveo testove i otkrio da stakleni predmeti ispisani CAL-om imaju stabilniju snagu od predmeta izrađenih tradicionalnim procesima tiska na slojevima. "Kada stakleni predmeti sadrže više nedostataka ili pukotina, ili imaju hrapavu površinu, lakše se razbijaju", rekao je Taylor. Stoga, u usporedbi s drugim procesima 3D ispisa koji se temelje na slojevima, CAL izrađuje objekte s glatkijim površinama. Sposobnost je velika potencijalna prednost."

CAL-ova metoda 3D ispisa nudi proizvođačima mikroskopskih staklenih predmeta novi i učinkovitiji način ispunjavanja zahtjevnih zahtjeva kupaca za geometrijom, veličinom te optičkim i mehaničkim svojstvima. Točnije, to uključuje proizvođače mikroskopskih optičkih komponenti koje su ključni dio kompaktnih kamera, slušalica za virtualnu stvarnost, naprednih mikroskopa i drugih znanstvenih instrumenata. "Mogućnost proizvodnje ovih dijelova s ​​većom brzinom i geometrijskom slobodom može dovesti do novih mogućnosti uređaja ili nižih troškova", rekao je Taylor.