Onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om 3D-printen te gebruiken om een ​​voorvorm te maken die in optische silicaglasvezels kan worden getrokken. die de ruggengraat vormen van het wereldwijde telecommunicatienetwerk. Deze nieuwe fabricagemethode kon niet alleen de productie van deze vezels vereenvoudigen, maar ook ontwerpen en toepassingen mogelijk maken die voorheen niet mogelijk waren.

"Het maken van optische vezels van silica omvat het arbeidsintensieve proces van het spinnen van buizen op een draaibank, waarbij de kern of kernen van de vezel nauwkeurig moeten worden gecentreerd, ", legt John Canning uit, die het onderzoeksteam van de University of Technology in Sydney leidde. "Met additive manufacturing, het is niet nodig om de vezelgeometrie te centreren. Dit neemt een van de grootste beperkingen in het vezelontwerp weg en verlaagt de kosten van vezelproductie aanzienlijk."

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Letters , De groep van Canning in samenwerking met het onderzoeksteam van Gang-Ding Peng aan de Universiteit van New South Wales in Sydney rapporteert de eerste silicaglasvezels die zijn getrokken uit 3D-geprinte voorvormen.

"Additieve productiebenaderingen zoals 3D-printen zijn zeer geschikt om de hele benadering van vezelontwerp en -doel te veranderen, "zei Canning. "Dit zou kunnen, bijvoorbeeld, de toepassingen van glasvezelsensoren verbreden, die veel beter presteren dan elektronische equivalenten in termen van levensduur, kalibratie en onderhoud, maar zijn niet op grote schaal ingezet vanwege hun dure fabricage."

Vertalen van polymeer 3D-printen naar glas

De nieuwe prestatie bouwt voort op eerder werk waarin de onderzoekers een polymeermateriaal gebruikten om de eerste vezel te demonstreren die werd getrokken uit een 3D-geprinte voorvorm. Het toepassen van deze benadering op silica bleek een uitdaging te zijn vanwege enorme materiële uitdagingen, waaronder de hoge temperaturen - meer dan 1900 graden Celsius - die nodig zijn voor 3D-printglas.

"Dankzij een nieuwe combinatie van materialen en integratie van nanodeeltjes, we hebben laten zien dat het mogelijk is om een ​​silica-voorvorm in 3D te printen, "zei Canning. "We verwachten dat deze opmars een golf van activiteit met zich mee zal brengen, met inbegrip van andere benaderingen voor additieve fabricage, om dit veld te versnellen."

In het nieuwe werk de onderzoekers gebruikten een in de handel verkrijgbare 3D-printer met direct lichtprojectie. Dit type additieve fabricage is uiterst nauwkeurig en wordt meestal gebruikt om polymeerobjecten te maken door een digitale lichtprojector te gebruiken om fotoreactieve monomeren te polymeriseren. Om een ​​silica-object te maken, de onderzoekers voegden silica-nanodeeltjes toe aan het monomeer in hoeveelheden van 50 procent of meer in gewicht. Ze ontwierpen een 3D-geprint cilindrisch object met een gat voor een kern. Vervolgens stopten ze een vergelijkbare mix van polymeer en nanodeeltjes in het gat, dit keer door germanosilicaat toe te voegen aan de silica-nanodeeltjes om een ​​hogere brekingsindex te creëren. Op deze manier, de integratie van een reeks doteermiddelen wordt mogelijk.

Volgende, de onderzoekers gebruikten een unieke verwarmingsstap genaamd debinding om het polymeer te verwijderen en alleen de silica-nanodeeltjes achter te laten, die bij elkaar worden gehouden door intermoleculaire krachten. Eindelijk, door de temperatuur te verhogen, werden de nanodeeltjes verder gefuseerd tot een solide structuur die in een trektoren zou kunnen worden gestoken waar het wordt verwarmd en getrokken om de optische vezel te creëren.

De onderzoekers gebruikten hun nieuwe techniek om een ​​voorvormequivalent van een standaard germanosilicaatvezel te fabriceren die kan worden gebruikt om multi- of single-mode vezels te maken. afhankelijk van de tekencondities. Hoewel ze hoge lichtverliezen waarnamen in de aanvankelijk vervaardigde optische vezels, ze hebben sindsdien de oorzaken van deze verliezen geïdentificeerd en werken eraan om deze aan te pakken.

"De nieuwe techniek werkte verrassend goed en kan worden toegepast op een reeks glasmateriaalverwerking om andere soorten optische componenten te verbeteren, " zei Canning. "Met verdere verbeteringen om de lichtverliezen te beperken, deze nieuwe benadering zou mogelijk de conventionele op een draaibank gebaseerde methode voor het maken van optische vezels van silica kunnen vervangen. Dit zou niet alleen de fabricage- en materiaalkosten verlagen, maar ook de arbeidskosten verlagen omdat training en risico's worden verminderd."

De onderzoekers zijn geïnteresseerd in samenwerking met een mainstream commercieel vezelfabricagebedrijf om de technologie te verbeteren en te commercialiseren. Ze zijn ook van plan om andere methoden te onderzoeken om 3D-printen te versnellen door het voor verschillende toepassingen te verfijnen.