I ricercatori hanno sviluppato un modo per utilizzare la stampa 3D per creare una preforma che può essere disegnata in fibre ottiche di vetro di silice, che costituiscono la spina dorsale della rete globale di telecomunicazioni. Questo nuovo metodo di fabbricazione potrebbe non solo semplificare la produzione di queste fibre, ma anche consentire progetti e applicazioni che prima non erano possibili.

"La produzione di fibre ottiche in silice comporta il processo ad alta intensità di lavoro di filatura dei tubi su un tornio, che richiede che il nucleo o i nuclei della fibra siano centrati con precisione, " ha spiegato John Canning che ha guidato il team di ricerca della University of Technology di Sydney. "Con la produzione additiva, non è necessario che la geometria della fibra sia centrata. Ciò elimina uno dei maggiori limiti nella progettazione delle fibre e riduce notevolmente i costi di produzione delle fibre".

Nella rivista The Optical Society (OSA) Lettere di ottica , Il gruppo di Canning in collaborazione con il team di ricerca di Gang-Ding Peng presso l'Università del New South Wales a Sydney riporta le prime fibre di vetro di silice ricavate da preforme stampate in 3D.

"Gli approcci di produzione additiva come la stampa 3D sono adatti a cambiare l'intero approccio alla progettazione e allo scopo della fibra, " ha detto Canning. "Questo potrebbe, Per esempio, ampliare le applicazioni dei sensori in fibra ottica, che superano di gran lunga gli equivalenti elettronici in termini di longevità, calibrazione e manutenzione, ma non sono stati ampiamente utilizzati a causa della loro costosa fabbricazione."

Tradurre la stampa 3D polimerica in vetro

Il nuovo risultato si basa su lavori precedenti in cui i ricercatori hanno utilizzato un materiale polimerico per dimostrare la prima fibra estratta da una preforma stampata in 3D. L'applicazione di questo approccio alla silice si è rivelata impegnativa a causa di enormi sfide materiali, tra cui le alte temperature, oltre 1900 gradi Celsius, necessarie per la stampa 3D del vetro.

"Grazie a una nuova combinazione di materiali e all'integrazione di nanoparticelle, abbiamo dimostrato che è possibile stampare in 3D una preforma di silice, " ha detto Canning. "Ci aspettiamo che questo progresso porti una raffica di attività, compresi altri approcci di produzione additiva, per accelerare questo campo."

Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno utilizzato una stampante 3D a proiezione di luce diretta disponibile in commercio. Questo tipo di produzione additiva è estremamente preciso e tipicamente utilizzato per creare oggetti polimerici utilizzando un proiettore di luce digitale per polimerizzare monomeri fotoreattivi. Per creare un oggetto di silice, i ricercatori hanno aggiunto nanoparticelle di silice nel monomero in quantità pari o superiori al 50 percento in peso. Hanno progettato un oggetto cilindrico stampato in 3D che conteneva un foro per un nucleo. Hanno quindi inserito una miscela simile di polimero e nanoparticelle nel foro, questa volta aggiungendo germanosilicato alle nanoparticelle di silice per creare un indice di rifrazione più elevato. In questo modo, l'integrazione di una gamma di droganti diventa possibile.

Prossimo, i ricercatori hanno utilizzato una fase di riscaldamento unica chiamata debinding per rimuovere il polimero e lasciare solo le nanoparticelle di silice, che sono tenuti insieme da forze intermolecolari. Finalmente, l'innalzamento della temperatura ha ulteriormente fuso le nanoparticelle in una struttura solida che potrebbe essere inserita in una torre di trazione dove viene riscaldata e tirata per creare la fibra ottica.

I ricercatori hanno utilizzato la loro nuova tecnica per fabbricare una preforma equivalente di una fibra germanosilicato standard che potrebbe essere utilizzata per creare fibre multimodali o monomodali, a seconda delle condizioni di disegno. Sebbene abbiano osservato perdite di luce elevate nelle fibre ottiche fabbricate inizialmente, da allora hanno identificato le cause di queste perdite e stanno lavorando per affrontarle.

"La nuova tecnica ha funzionato sorprendentemente bene e può essere applicata a una gamma di lavorazioni del materiale in vetro per migliorare altri tipi di componenti ottici, " ha detto Canning. "Con ulteriori miglioramenti per limitare le perdite di luce, questo nuovo approccio potrebbe potenzialmente sostituire il metodo convenzionale basato sul tornio per produrre fibre ottiche in silice. Ciò non solo ridurrebbe i costi di fabbricazione e dei materiali, ma abbasserebbe anche i costi di manodopera perché la formazione e i rischi sono ridotti".

I ricercatori sono interessati a lavorare con un'azienda commerciale di fabbricazione di fibre per migliorare e commercializzare la tecnologia. Hanno anche in programma di esplorare altri metodi per accelerare la stampa 3D perfezionandola per diverse applicazioni.