Новый метод 3D-печати халькогенидного стекла может привести к революционному прорыву в производстве инфракрасных оптических компонентов при их низкой стоимости.

Группа исследователей из Центра оптики Photonique et Laser (COPL) университета Лаваль (Квебек, QC, Канада) создал 3D-печатное халькогенидное стекло.  Материал используют для изготовления оптических компонентов, которые работают на средних инфракрасных длинах волн. Возможность 3D-печати этого стекла позволяет изготавливать сложные стеклянные компоненты и оптические волокна для новых типов недорогих датчиков, телекоммуникационных компонентов и биомедицинских устройств.

В статье, которая описывает работу, руководитель исследовательской группы Патрик Ларош / Patrick Larochelle и его коллеги рассказали, как они модифицировали коммерчески доступный 3D-принтер для экструзии стекла. Метод основан на широко используемом методе моделирования плавленого осаждения, в котором пластиковая нить расплавляется, а затем экструдируется послойно для создания подробных 3D-объектов.

«3D-печать оптических материалов проложит путь к новой эре проектирования и объединения материалов для производства фотонных компонентов и волокон будущего», – говорит Янник Ледеми / Yannick Ledemi, член исследовательской группы. «Этот новый метод потенциально может привести к прорыву в эффективном производстве инфракрасных оптических компонентов при низкой стоимости».

Халькогенидное стекло размягчается при относительно низкой температуре по сравнению с другими стеклами. Признавая это, исследовательская группа увеличила максимальную температуру прессования коммерческого 3D-принтера с 260° до 330°C, чтобы обеспечить экструзию халькогенидного стекла. Они произвели стеклянные волокна халькогенида с размерами подобными коммерческим пластиковым нитям, используемым с принтером 3D. Затем, принтер был запрограммирован на создание двух образцов со сложными формами и размерами.

«Наш подход очень хорошо подходит для мягкого халькогенидного стекла, но альтернативные методы также изучаются для печати других типов стекла», – говорит Ледеми. «Это может позволить изготавливать компоненты из нескольких материалов. Стекло можно комбинировать с полимерами, со специализированными электропроводящими или оптическими свойствами для создания многофункциональных устройств 3D-печати».

3D-печать также была бы полезна для изготовления волоконных преформ — куска стекла, который втягивается в волокно — со сложной геометрией, или несколькими материалами, или комбинацией из них. После того, как дизайн и методы изготовления точно определены, 3D-печать может быть использована для недорогого производства больших объемов инфракрасных стеклянных компонентов или волоконных преформ.

«3D-печатные компоненты на основе халькогенида были бы полезны для инфракрасного тепловизионного изображения для целей обороны и безопасности», – говорит Ледеми. «Они также позволят использовать датчики для мониторинга загрязняющих веществ, биомедицины и других применений, где для обнаружения и диагностики используется инфракрасная химическая сигнатура молекул».

В настоящее время исследователи работают над улучшением конструкции принтера для повышения его производительности и обеспечения возможности аддитивного производства сложных деталей и компонентов из халькогенидного стекла. Планируется добавить новые экструдеры для совместной печати с полимерами для разработки мультиматериальных компонентов.

Исследование является частью проекта печати экзотических многоматериальных волокон (PROTEus), проводимого в рамках Международной ассоциированной лаборатории Lumière Matière Aquitaine Québec (LIA-LuMAQ). PROTEus объединяет исследователей из Канады и Франции с целью разработки новых способов использования аддитивного производства и прямых методов лазерной записи для объединения нескольких материалов для изготовления фотонных компонентов и устройств на основе волокон.

Подробная информация о работе приведена в журнале Optical Materials Express .

Источник: 3D printing of optical materials will pave the way for a new era of designing and combining materials / URL: https://www.industrial-lasers.com/additive-manufacturing/article/16489129/3d-printing-of-chalcogenide-glass-is-promising-for-lowcost-manufacturing?cmpid=&utm_source=enl&utm_medium=email&utm_campaign=newsletter&utm_content=2019-05-16&eid=324695413&bid=2442222