Een op laser gebaseerde volumetrisch additieve fabricagemethode voor 3D-printglas

Traditionele glasfabricagetechnieken kunnen kostbaar en traag zijn, en 3D-printglas resulteert vaak in ruwe texturen, waardoor ze ongeschikt zijn voor gladde lenzen. Met behulp van een nieuwe op laser gebaseerde Volumetric Additive Manufacturing (VAM) -benadering - een opkomende technologie voor bijna onmiddellijk 3D-printen - hebben onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en de University of California, Berkeley, het vermogen aangetoond om microscopische objecten in 3D te printen in silicaglas, onderdeel van een poging om delicate, laagloze optica te produceren die in seconden of minuten kan worden gebouwd.

De Computed Axial Lithography (CAL)-technologie, die is ontwikkeld door LLNL en UC Berkeley, is bijgenaamd "de replicator" naar het fictieve apparaat in "Star Trek" dat vrijwel elk object onmiddellijk kan vervaardigen en is geïnspireerd op computertomografie (CT)-beeldvormingsmethoden. CAL werkt door projecties vanuit vele hoeken te berekenen via een digitaal model van een doelobject, deze projecties computationeel te optimaliseren en ze vervolgens af te leveren in een roterend volume van lichtgevoelige hars met behulp van een digitale lichtprojector. Na verloop van tijd reconstrueren of bouwen de geprojecteerde lichtpatronen een 3D-lichtdosisverdeling in het materiaal, waarbij het object wordt uitgehard op punten die een lichtdrempel overschrijden terwijl het vat met hars ronddraait. Het volledig gevormde object wordt in slechts enkele seconden gematerialiseerd - veel sneller dan traditionele laag-voor-laag 3D-printtechnieken - en vervolgens wordt het vat leeggemaakt om het onderdeel op te halen.

Door een nieuwe microschaal VAM-techniek genaamd micro-CAL, die een laser gebruikt in plaats van een LED-bron, te combineren met een nanocomposiet glashars ontwikkeld door het Duitse bedrijf Glassomer en de Universiteit van Freiburg, rapporteerden onderzoekers van UC Berkeley de productie van stevig, complex microstructuurglas objecten met een oppervlakteruwheid van slechts zes nanometer met eigenschappen tot minimaal 50 micron.

UC Berkeley Associate Professor of Mechanical Engineering Hayden Taylor, de hoofdonderzoeker van het project, zei dat het micro-CAL-proces, dat een hogere dosis licht produceert en 3D-objecten sneller en met een hogere resolutie uithardt, in combinatie met de nanocomposietharsen die bij LLNL worden gekarakteriseerd, een " perfecte match voor elkaar”, waardoor “opvallende resultaten ontstaan ​​in de sterkte van de geprinte objecten.”

Het team vergeleek de breeksterkte van glas gebouwd met micro CAL met objecten van dezelfde grootte die zijn gemaakt met een meer conventioneel, op lagen gebaseerd printproces. Het team ontdekte dat de breekbelasting van CAL-geprinte structuren strakker geclusterd was, wat betekent dat onderzoekers meer vertrouwen konden hebben in de breekbelasting van CAL-geprinte componenten dan conventionele technieken.

De afgelopen jaren heeft de LLNL/UC Berkeley VAM-samenwerking geëxperimenteerd met verschillende harsen en materialen om ingewikkelde objecten te creëren. De nieuwste vooruitgang komt voort uit een onderzoek met UC Berkeley om nieuwe klassen van veelzijdige materialen te ontdekken die het scala aan chemische eigenschappen en materiaaleigenschappen kunnen uitbreiden dat kan worden bereikt met de VAM-methode.

Volgens de onderzoekers. Met VAM bedrukt glas kan apparaten van massief glas met microscopische kenmerken beïnvloeden, optische componenten produceren met meer geometrische vrijheid en met hogere snelheden en mogelijk nieuwe functies of goedkopere producten mogelijk maken.

Toepassingen in de echte wereld kunnen micro-optica zijn in hoogwaardige camera's, consumentenelektronica, biomedische beeldvorming, chemische sensoren, virtual reality-headsets, geavanceerde microscopen en microfluïdica met uitdagende 3D-geometrieën zoals "lab-on-a-chip" -toepassingen ( waar microscopisch kleine kanalen nodig zijn voor medische diagnostiek), fundamentele wetenschappelijke studies, fabricage van nanomaterialen en screening van geneesmiddelen.

Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Carrie Martin via Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien.; 935-424-4175.