För första gången, forskare har framgångsrikt 3-D-tryckt kalkogenidglas, ett unikt material som används för att tillverka optiska komponenter som fungerar vid medelinfraröda våglängder. Möjligheten att 3-D-printa detta glas skulle kunna göra det möjligt att tillverka komplexa glaskomponenter och optiska fibrer för nya typer av lågkostnadssensorer, telekommunikationskomponenter och biomedicinsk utrustning.

I tidskriften The Optical Society (OSA). Optical Materials Express , forskare från Centre d'Optique, Photonique et Laser (COPL) vid Université Laval i Kanada, Patrick Larochelle och hans kollegor, beskriv hur de modifierade en kommersiellt tillgänglig 3-D-skrivare för extrudering av glas. Den nya metoden är baserad på den vanliga tekniken för fused deposition modellering, där en plastfilament smälts och sedan extruderas lager för lager för att skapa detaljerade 3D-objekt.

"3D-utskrift av optiska material kommer att bana väg för en ny era av design och kombination av material för att producera framtidens fotoniska komponenter och fibrer, sa Yannick Ledemi, en medlem av forskargruppen. "Denna nya metod kan potentiellt resultera i ett genombrott för effektiv tillverkning av infraröda optiska komponenter till en låg kostnad."

Tryckglas

Kalkogenidglas mjuknar vid en relativt låg temperatur jämfört med annat glas. Forskargruppen ökade därför den maximala extruderingstemperaturen för en kommersiell 3D-skrivare från cirka 260 °C till 330 °C för att möjliggöra extrudering av kalkogenidglas. De producerade kalkogenidglasfilament med dimensioner liknande de kommersiella plastfilamenten som normalt används med 3D-skrivaren. Till sist, skrivaren programmerades för att skapa två prover med komplexa former och dimensioner.

"Vårt tillvägagångssätt är mycket väl lämpat för mjukt kalkogenidglas, men alternativa metoder undersöks också för att trycka andra typer av glas, ", sade Ledemi. "Detta kan tillåta tillverkning av komponenter gjorda av flera material. Glas kan också kombineras med polymerer med specialiserade elektriskt ledande eller optiska egenskaper för att producera multifunktionella 3D-utskrivna enheter."

3D-utskrift skulle också vara användbart för att göra fiberförformar - en glasbit som dras in i en fiber - med komplexa geometrier eller flera material, eller en kombination av båda. När design- och tillverkningsteknikerna är finjusterade, forskarna säger att 3-D-utskrift kan användas för billig tillverkning av stora volymer av infraröda glaskomponenter eller fiberförformar.

"3D-tryckta kalkogenidbaserade komponenter skulle vara användbara för infraröd värmeavbildning för försvars- och säkerhetstillämpningar, " fortsatte Ledemi. "De skulle också möjliggöra sensorer för föroreningsövervakning, biomedicin och andra tillämpningar där den infraröda kemiska signaturen hos molekyler används för detektion och diagnos."

Forskarna arbetar nu med att förbättra designen av skrivaren för att öka dess prestanda och möjliggöra additiv tillverkning av komplexa delar eller komponenter gjorda av kalkogenidglas. De vill också lägga till nya extruderare för att möjliggöra samtryck med polymerer för utveckling av komponenter i flera material.