Voor de eerste keer, onderzoekers hebben met succes 3D-geprint chalcogenideglas, een uniek materiaal dat wordt gebruikt om optische componenten te maken die werken op mid-infrarode golflengten. De mogelijkheid om dit glas in 3D te printen, zou het mogelijk kunnen maken om complexe glascomponenten en optische vezels te vervaardigen voor nieuwe soorten goedkope sensoren, telecommunicatiecomponenten en biomedische apparaten.

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optische materialen Express , onderzoekers van het Centre d'Optique, Photonique et Laser (COPL) aan de Université Laval in Canada, Patrick Larochelle en zijn collega's, beschrijven hoe ze een in de handel verkrijgbare 3D-printer hebben aangepast voor glasextrusie. De nieuwe methode is gebaseerd op de veelgebruikte techniek van fused deposition modelling, waarin een plastic filament wordt gesmolten en vervolgens laag voor laag wordt geëxtrudeerd om gedetailleerde 3D-objecten te creëren.

"3D-printen van optische materialen zal de weg vrijmaken voor een nieuw tijdperk van het ontwerpen en combineren van materialen om de fotonische componenten en vezels van de toekomst te produceren, " zei Yannick Ledemi, een lid van het onderzoeksteam. "Deze nieuwe methode kan mogelijk leiden tot een doorbraak voor een efficiënte fabricage van optische infraroodcomponenten tegen lage kosten."

Glas bedrukken

Chalcogenide glas wordt zachter bij een relatief lage temperatuur in vergelijking met ander glas. Het onderzoeksteam verhoogde daarom de maximale extrusietemperatuur van een commerciële 3D-printer van ongeveer 260 °C tot 330 °C om extrusie van chalcogenideglas mogelijk te maken. Ze produceerden chalcogenideglasfilamenten met afmetingen die vergelijkbaar waren met de commerciële plastic filamenten die normaal worden gebruikt met de 3D-printer. Eindelijk, de printer was geprogrammeerd om twee voorbeelden te maken met complexe vormen en afmetingen.

"Onze aanpak is zeer geschikt voor zacht chalcogenideglas, maar er worden ook alternatieve benaderingen onderzocht om andere soorten glas te bedrukken, "zei Ledemi. "Dit zou de fabricage van componenten van meerdere materialen mogelijk maken. Glas kan ook worden gecombineerd met polymeren met gespecialiseerde elektrisch geleidende of optische eigenschappen om multifunctionele 3D-geprinte apparaten te produceren."

3D-printen zou ook nuttig zijn voor het maken van vezelvoorvormen - een stuk glas dat in een vezel wordt getrokken - met complexe geometrieën of meerdere materialen, of een combinatie van beide. Zodra de ontwerp- en fabricagetechnieken zijn verfijnd, de onderzoekers zeggen dat 3D-printen kan worden gebruikt voor de goedkope productie van grote hoeveelheden infraroodglascomponenten of vezelvoorvormen.

"3D-geprinte op chalcogenide gebaseerde componenten zouden nuttig zijn voor infrarood thermische beeldvorming voor defensie- en beveiligingstoepassingen, " vervolgde Ledemi. "Ze zouden ook sensoren mogelijk maken voor het monitoren van vervuilende stoffen, biogeneeskunde en andere toepassingen waarbij de infrarode chemische handtekening van moleculen wordt gebruikt voor detectie en diagnose."

De onderzoekers werken nu aan het verbeteren van het ontwerp van de printer om de prestaties te verbeteren en additieve productie van complexe onderdelen of componenten van chalcogenideglas mogelijk te maken. Ze willen ook nieuwe extruders toevoegen om co-printen met polymeren voor de ontwikkeling van multi-materiaalcomponenten mogelijk te maken.