Per la prima volta, i ricercatori hanno stampato con successo un vetro calcogenuro 3D, un materiale unico utilizzato per realizzare componenti ottici che operano a lunghezze d'onda del medio infrarosso. La capacità di stampare in 3D questo vetro potrebbe consentire di produrre componenti di vetro complessi e fibre ottiche per nuovi tipi di sensori a basso costo, componenti per telecomunicazioni e dispositivi biomedici.

Nella rivista The Optical Society (OSA) Materiali ottici Express , ricercatori del Centre d'Optique, Photonique et Laser (COPL) presso l'Université Laval in Canada, Patrick Larochelle e i suoi colleghi, descrivono come hanno modificato una stampante 3D disponibile in commercio per l'estrusione del vetro. Il nuovo metodo si basa sulla tecnica comunemente utilizzata di modellazione della deposizione fusa, in cui un filamento di plastica viene fuso e quindi estruso strato per strato per creare oggetti 3D dettagliati.

"La stampa 3-D di materiali ottici aprirà la strada a una nuova era di progettazione e combinazione di materiali per produrre i componenti fotonici e le fibre del futuro, " ha detto Yannick Ledemi, un membro del gruppo di ricerca. "Questo nuovo metodo potrebbe potenzialmente portare a una svolta per la produzione efficiente di componenti ottici a infrarossi a basso costo".

Vetro di stampa

Il vetro al calcogenuro si ammorbidisce a una temperatura relativamente bassa rispetto ad altri vetri. Il team di ricerca ha quindi aumentato la temperatura massima di estrusione di una stampante 3D commerciale da circa 260 °C a 330 °C per consentire l'estrusione del vetro al calcogenuro. Hanno prodotto filamenti di vetro calcogenuro con dimensioni simili ai filamenti di plastica commerciali normalmente utilizzati con la stampante 3D. Finalmente, la stampante è stata programmata per creare due campioni con forme e dimensioni complesse.

"Il nostro approccio è molto adatto per il vetro al calcogenuro morbido, ma si stanno esplorando approcci alternativi anche per stampare altri tipi di vetro, " ha detto Ledemi. "Questo potrebbe consentire la fabbricazione di componenti realizzati con più materiali. Il vetro potrebbe anche essere combinato con polimeri con proprietà elettroconduttive o ottiche specializzate per produrre dispositivi stampati in 3D multifunzionali".

La stampa 3D sarebbe utile anche per realizzare preforme in fibra, un pezzo di vetro che viene tirato in una fibra, con geometrie complesse o materiali multipli, o una combinazione di entrambi. Una volta messe a punto le tecniche di progettazione e fabbricazione, i ricercatori affermano che la stampa 3D potrebbe essere utilizzata per la produzione economica di grandi volumi di componenti in vetro a infrarossi o preforme in fibra.

"I componenti a base di calcogenuro stampati in 3D sarebbero utili per l'imaging termico a infrarossi per applicazioni di difesa e sicurezza, " ha proseguito Ledemi. "Abiliterebbero anche sensori per il monitoraggio degli inquinanti, biomedicina e altre applicazioni in cui la firma chimica a infrarossi delle molecole viene utilizzata per il rilevamento e la diagnosi".

I ricercatori stanno ora lavorando per migliorare il design della stampante per aumentarne le prestazioni e consentire la produzione additiva di parti complesse o componenti in vetro calcogenuro. Vogliono anche aggiungere nuovi estrusori per consentire la co-stampa con polimeri per lo sviluppo di componenti multi-materiale.