极光尔沃:深度解析3D打印玻璃
2019-06-11

研究人员在他们最新的研究中混合了宏观和微观,旨在扩大玻璃3D打印的局限性。在“以微分辨率对玻璃物体进行宏观尺寸3D激光打印”中,作者解释了他们是如何以微分辨率在玻璃中创建宏观尺寸3D物体的,希望在飞秒激光诱导化学蚀刻(flice)的研究和努力中取得迄今为止从未取得的成功。

极光尔沃:深度解析3D打印玻璃


研究人员能够在高达约3.8厘米的高度上以约20μm的良好平衡(即横向和纵向)空间分辨率打印宏观尺寸的玻璃物体:

研究人员表示,“通过在超快激光脉冲与熔融石英的相互作用中揭示未开发的区域,可以实现显着的成就,从而导致激光脉冲在熔融石英深处无像差聚焦。”

他们首先将激光脉冲“松散聚焦”到硅石中,在X和Y两个方向的两个不同网格中蚀刻多条线。

通过将皮秒激光脉冲松散地聚焦到熔融硅中提供制造分辨率。(a)沿X和Y方向在熔融硅石立方体内的刻线示意图。沿(b)Y和(c)X方向写入线的横截面光学显微照片。(d)通过化学蚀刻(c)的最后一栏中的所述样品而产生的中空通道的横截面显微照片。比例尺:25毫米。

研究团队指出,他们的线条横截面几乎呈圆形。这些线对以下所有内容都不敏感:扫描速度、焦距深度、激光写入方向。

作者表示,“不同之处在于,随着扫描速度的增加,在显微镜下以反射模式捕获的横截面中的颜色变浅,这表明随着扫描速度的增加,辐照射剂量的减少,熔融二氧化硅的改性会减弱。”

在消除熔融石英中的纳米粒子之后,他们可以3D打印,实时偏振写入激光束。作者说,“这使他们能够简单地在打印系统中进行光束转向,使整个过程更容易和更强大”

在下面的图片中,可以更好地了解他们工作的原理,因为作者创造了爱因斯坦的头部,所有的“细微特征”都可见,甚至是眼睑。

“这证明了整个雕塑从上到下都有相当好的制作分辨率。”作者说。

孔子的雕像也非常细致,外观非常光滑,但可以通过后退火或激光抛光进一步改善。

空气涡轮机包括打印在玻璃上的可移动部件,无需组装,如下图所示。

极光尔沃:深度解析3D打印玻璃


激光打印阿尔伯特·爱因斯坦头部的激光雕刻品。(a)模型和(b)雕塑的正面,(c)右侧,(d)背面和(e)左侧。(f)和(g)分别是(b)和(e)的放大图像,以突出脸部的细节。 比例尺:5毫米。

熔融石英激光打印孔子雕塑。(a)模型和(b)雕塑的正面,(c)左侧,(d)背面和(e)右侧。布上的装饰图案、脸的右侧和挂在身体后面的左手的细节分别显示在(b)、(c)和(d)中图像右侧的插图中。比例尺:5毫米

一种用熔融石英制造的激光打印空气涡轮机。(a)整个空气涡轮机模型。示出了用于空气喷射的入口和出口。(b)涡轮机的内部包括涡轮风扇、驱动齿轮(G3)和两个从动齿轮(G1和G2)。G1和G2中的每一个都与凸轮连接。(c)数码相机捕获的制造涡轮机的图像。风扇的空气方向和旋转方向,以及从顶视图的G1、G2和G3的旋转方向都由(c)中的弯曲箭头表示。(d)两个凸轮的初始位置指向左侧,如两个箭头所示。(e)由于喷射气流,两个凸轮都顺时针旋转90°。比例尺:5毫米。

“通过将2D振镜扫描仪与2D运动平台相结合,将在不久的将来进一步提高打印效率。这种设计将允许高打印速度和大打印面积。基于松散聚焦皮秒激光脉冲与熔融石英相互作用的两个非常规特征建立了新颖的3D玻璃打印技术,即深度无关的无像差聚焦和消除自组织纳米光谱。”研究人员总结道。

“这些有趣的效应背后的物理机制尚未阐明。我们强调在松散聚焦条件下超快激光脉冲与透明介质的相互作用是一个很大程度上尚未开发的研究领域,这将激发人们对进一步研究的重大兴趣。玻璃中宏观物体的高分辨率3D打印有望在光子学、微流体和高精度力学领域产生影响。”

关于3D打印和所有相关的技术,需要在硬件、软件和材料上做出无限选择,最重要的是,无论你是一名研究员、学生、设计师、工程师,还是热衷于3D设计和打印的众多其他类型的用户中的一员,总是有一些新的东西需要尝试,而且总是有很多东西需要讨论。玻璃制造越来越引起人们的兴趣,从艺术品实验到金属玻璃,再到碳水化合物玻璃。这些只是几个例子,其中宏观尺度对象将此类研究带到了一个新的复杂程度。


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