瑞典科学家创造了世界上最小的3D打印酒杯,其边缘比人的头发还细

日期:2023-07-12 11:50:06 / 人气:250

“It之家7月9日报道,玻璃是一种很难用3D打印技术制造的材料,尤其是在微米级。然而,瑞典皇家理工学院的一组科学家解决了这一问题,并开发出一种3D打印石英玻璃(即无定形硅酸盐)的新方法,简化了一个复杂且耗能的过程。作为概念的证明,他们3D打印了世界上最小的酒杯(由实际玻璃制成),其边缘比人的头发还细,还打印了光纤通信系统的光学谐振器,这是3D打印石英玻璃组件的潜在应用之一。
"互联网的主干是由玻璃制成的光纤."该研究的共同作者、瑞典皇家理工学院的克里斯汀·吉尔法森(Kristinn Gylfason)表示,“在这些系统中,需要各种滤波器和耦合器,现在可以用我们的技术3D打印它们,这开辟了许多新的可能性。”
二氧化硅玻璃(即无定形二氧化硅)具有优异的热稳定性、化学稳定性、硬度和透光性,但目前的3D打印方法无法很好地复制这些特性,尤其是在微观尺度上。这些方法都需要使用不同的有机混合物,并在高温下进行长时间的烧结步骤,以便除去有机残留物并获得所需的特性。这个额外的步骤极大地限制了潜在的应用,因为只能使用能够承受高温的衬底材料。一些方法还需要将3D打印结构组装成最终的形式,这在微米级上也是非常困难的。
在开发替代方法时,Gylfason等人选择了氢硅氧烷(HSQ)作为原料,这是一种类似于二氧化硅的无机材料,可以通过电子束、离子束和一定波长的紫外光进行构图。这种方法的主要优点之一是它不依赖有机化合物作为光引发剂或粘合剂,而是依赖无机HSQ的直接交联。
根据IT之家的说法,这一过程有三个主要步骤。首先,他们将HSQ溶解在有机溶剂中,然后滴在基质上。HSQ干燥后,他们使用聚焦的亚皮秒激光束来描绘所需的3D形状。最后,将未曝光的HSQ用氢氧化钾溶液溶解。3D打印微结构的拉曼光谱分析显示了石英玻璃的所有预期特征。然而,有一些残留的氢和碳的痕迹。对于需要更纯的石英玻璃的应用,可以通过在900摄氏度下对结构进行退火来去除残留的有机物。经过这种处理后,该结构的光谱与市售熔融石英玻璃衬底的光谱相匹配。
虽然退火3D打印微结构可能会导致它们收缩或变形,但作者发现,它们的石英玻璃结构的最大收缩率约为6%,而通过立体光刻和直接墨水书写方法制造的玻璃物体的收缩率在16%至56%之间。除了作为概念证明的微型酒杯和光学共振器之外,作者还印刷了微型KTH标志、悬臂和锥形螺旋,以及石英玻璃纤维尖端。他们相信他们的方法可以用于制造医疗设备和微型机器人的定制透镜。通过在3D打印微结构上涂覆纳米金刚石或铁磁纳米颗粒,可以进一步调节该结构的性能,分别用于混合量子光子集成或磁去除运动控制。"

作者:天富娱乐




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