Los investigadores han desarrollado un nuevo proceso basado en láser para la impresión 3D de piezas complejas hechas de vidrio. Con un mayor desarrollo, el nuevo método podría ser útil para hacer ópticas complejas para aplicaciones de visión, imágenes, iluminación o láser.
"La mayoría de los procesos de impresión 3D crean un objeto capa por capa", dijo el líder del equipo de investigación Laurent Gallais del Instituto Fresnel y Ecole Centrale Marseille en Francia. "Nuestro nuevo proceso evita las limitaciones de estos procesos mediante el uso de un rayo láser para transformar- o polimerizar - un precursor líquido en vidrio sólido. "
En la revista The Optical Society OSA letras ópticas , Gallais y los miembros del equipo de investigación Thomas Doualle y Jean-Claude Andre demuestran cómo utilizaron la nueva técnica para crear objetos detallados en un volumen 3D sin utilizar el enfoque clásico de capa por capa. Con este enfoque, crearon una variedad deobjetos de vidrio de sílice, como modelos en miniatura de una bicicleta y la Torre Eiffel sin poros ni grietas.
El enfoque de impresión 3D se basa en la polimerización multifotónica, que asegura que la polimerización, un proceso que une las moléculas de monómero líquido en un polímero sólido, solo se lleva a cabo en el punto focal láser preciso. Permite la fabricación directa de piezas 3D que varían entamaño desde unas pocas micras hasta decenas de centímetros con una resolución que en teoría solo está limitada por la óptica utilizada para dar forma al rayo láser.
"El vidrio es uno de los materiales primarios que se utilizan para fabricar ópticas", dijo Gallais. "Nuestro trabajo representa un primer paso hacia el desarrollo de un proceso que algún día podría permitir a los científicos imprimir en 3D los componentes ópticos que necesitan".
Encontrar el material adecuado
El uso de un enfoque tradicional capa por capa para construir objetos de vidrio en 3D tiene varias limitaciones. La velocidad del proceso de impresión está limitada por el tiempo que lleva construir las capas, y puede ser difícil crear capas con espesores consistentescuando se utilizan resinas muy viscosas. La fabricación de piezas complejas normalmente requiere soportes, que deben colocarse con precisión y luego retirarse una vez que el objeto se endurece.
Aunque la polimerización multifotónica se puede utilizar para evitar el enfoque capa por capa, los objetos de vidrio para impresión 3D requieren un material que sea transparente a la longitud de onda del láser tanto durante la fase líquida inicial como una vez polimerizado. También debe absorber el láserluz a la mitad de la longitud de onda del láser para iniciar el proceso de polimerización multifotónica.
Para lograr esto, los investigadores utilizaron una mezcla que contiene un iniciador fotoquímico para absorber la luz del láser, una resina y una alta concentración de nanopartículas de sílice. Además de funcionar bien con el láser, la alta viscosidad de esta mezcla permite que se forme una pieza 3D.sin problemas de deformación ni soportes para mantener el objeto en su lugar durante la impresión 3D.
"Críticos para la técnica fueron los láseres ultracortos de alta potencia basados en la tecnología de amplificación de pulso chirriante de Strickland y Mourou reconocida con un premio Nobel en 2018", dijo Gallais. "Solo los pulsos intensos y muy cortos crearán una fotopolimerización no lineal con alta precisióny sin efectos térmicos. "
Prueba del proceso
Después de validar que se podía crear un objeto sólido utilizando las mezclas de nanopartículas de sílice, los investigadores utilizaron su enfoque de impresión 3D para crear objetos con formas complejas. También aplicaron un proceso que transforma las partes polimerizadas en vidrio.
"Nuestro enfoque podría potencialmente usarse para producir casi cualquier tipo de objeto de vidrio 3D", dijo Gallais. "Por ejemplo, estamos explorando la posibilidad de producir piezas de vidrio que podrían usarse en relojes de lujo o frascos de perfume".
Los investigadores están trabajando para hacer que la técnica sea más práctica y reducir costos experimentando con fuentes láser menos costosas, por ejemplo. También quieren optimizar el proceso para mejorar la calidad de la superficie y disminuir la rugosidad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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