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Neue 3D-Drucktechnologie schaffen und Laserantriebstechnologie integrieren

Am 13. Januar 2021, Washington, DC, überwindet ein lasergetriebener Polymerisationsprozess für 3D-Druckanwendungen die Notwendigkeit, 3D-gedruckte Objekte auf einmal zu erstellen. Ein Forschungsteam des Fresnel-Instituts in Frankreich und der Central University of Marseille in Frankreich führte diese Methode ein und nutzte sie, um mit Quarzglas Miniaturmodelle von Fahrrädern und sogar des Eiffelturms herzustellen.

Das Verfahren basiert insbesondere auf der Multiphotonen-Polymerisation, die dafür sorgt, dass der Polymerisationsprozess, bei dem flüssige Monomermoleküle zu polymeren Feststoffen zusammengefügt werden, nur im präzisen Laserfokus stattfindet. Mit dieser Methode können Anwender direkt 3D-Teile mit einer Größe von wenigen Mikrometern bis zu mehreren zehn Zentimetern herstellen. Dieses Verfahren liefert auch ein optisches Element zum Formen des Laserstrahls mit einer Auflösung, die theoretisch nur durch die folgenden Faktoren begrenzt ist.

Neue 3D-Drucktechnologie schaffen und Laserantriebstechnologie integrieren

Obwohl die Multiphotonen-Polymerisation die Notwendigkeit umgehen kann, Objekte Schicht für Schicht aufzubauen, müssen 3D-gedruckte Glasobjekte auch nach Abschluss des Polymerisationsprozesses Materialien verwenden, die bei der Laserwellenlänge transparent sind. Das Material muss außerdem die Hälfte der Wellenlänge des Lasers absorbieren, um den Prozess einzuleiten.

Forscher haben ein neues laserbasiertes Verfahren für den 3D-Druck komplexer Teile aus Glas entwickelt. Es verwendet Multiphotonen-Aggregation, um Objekte direkt im 3D-Volumen zu erstellen. Bild mit freundlicher Genehmigung von Laurent Gallais, Fresnel Institute und ÉcoleCentrale de Marseille über OSA.

Bei dieser neuen Methode vermischten die Forscher einen photochemischen Initiator (der zum Absorbieren von Laserlicht verwendet wird) mit einem Harz und einer hohen Konzentration von Siliziumdioxid-Nanopartikeln. Die hohe Viskosität der Mischung ermöglicht es den Wissenschaftlern, 3D-Teile ohne innere Verformung oder Unterstützung zu formen und so das fokussierte Objekt während des gesamten Druckprozesses an Ort und Stelle zu halten. Hochleistungs-Ultrakurzlaser – die Forscher zitierten die von Donna Strickland Gerard Mourou eingeführte Pulsverstärkungstechnologie, die dem Duo 2018 den Nobelpreis für Physik gewann –, die diese Technologie weiter ermöglicht.

„Nur starke Pulse und sehr kurze Pulse können eine hochpräzise nichtlineare Photopolymerisation ohne thermische Effekte erzeugen“, sagte Laurent Gallais, der Leiter des Forschungsteams, der die Methode eingeführt hat.

Traditionell war der traditionelle Schichtungsprozess zur Herstellung von 3D-Glas aufgrund der Zeit, die für den Aufbau jeder Schicht benötigt wird, begrenzt. Wenn in diesem Verfahren hochviskoses Harz verwendet wird, ist es schwierig, die Dicke der Schicht gleichmäßig zu halten. Komplizierte Teile können auch zusätzliche Stützen erfordern, die genau positioniert und entfernt werden müssen.

Mit dem neuen Verfahren lassen sich eine Vielzahl komplexer Objekte herstellen, etwa Fahrräder oder Modelle des Eiffelturms. Bild mit freundlicher Genehmigung von Laurent Gallais, Fresnel Institute und ÉcoleCentrale de Marseille über OSA.

Gallais sagte: „Unsere Methode kann verwendet werden, um fast jede Art von 3D-Glasobjekten herzustellen. Das Team untersucht die Möglichkeit, Glasteile für Uhren oder Parfümflaschen herzustellen und gleichzeitig die Kosten zu senken und billiger zu verwenden Die Laserquelle wird getestet und die physikalische Rauheit wird reduziert, um die Praktikabilität der Technologie zu verbessern.“

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