I ricercatori hanno sviluppato un nuovo processo basato su laser per la stampa 3D di parti complesse in vetro. Con ulteriore sviluppo, il nuovo metodo potrebbe essere utile per realizzare ottiche complesse per la visione, immagini, illuminazione o applicazioni basate su laser.

"La maggior parte dei processi di stampa 3D crea un oggetto strato per strato, " ha affermato il leader del gruppo di ricerca Laurent Gallais dell'Istituto Fresnel e dell'Ecole Centrale Marseille in Francia. "Il nostro nuovo processo evita i limiti di questi processi utilizzando un raggio laser per trasformare o polimerizzare un precursore liquido in vetro solido".

Nella rivista The Optical Society (OSA) Lettere di ottica , Gallais e i membri del team di ricerca Thomas Doualle e Jean-Claude Andre dimostrano come hanno usato la nuova tecnica per creare oggetti dettagliati in un volume 3D senza utilizzare il classico approccio strato per strato. Utilizzando questo approccio, hanno creato una varietà di oggetti in vetro di silice come modelli in miniatura di una bicicletta e la Torre Eiffel senza pori o crepe.

L'approccio alla stampa 3D si basa sulla polimerizzazione multifotone, che assicura che la polimerizzazione, un processo che lega insieme molecole di monomero liquido in un polimero solido, avviene solo nel punto focale preciso del laser. Consente la fabbricazione diretta di parti 3D di dimensioni variabili da pochi micron a decine di centimetri con una risoluzione teoricamente limitata solo dall'ottica utilizzata per la sagomatura del raggio laser.

"Il vetro è uno dei materiali primari utilizzati per realizzare ottiche, " ha affermato Gallais. "Il nostro lavoro rappresenta un primo passo verso lo sviluppo di un processo che un giorno potrebbe consentire agli scienziati di stampare in 3D i componenti ottici di cui hanno bisogno".

Trovare il materiale giusto

L'utilizzo di un approccio tradizionale strato per strato per costruire oggetti in vetro 3D presenta diverse limitazioni. La velocità del processo di stampa è limitata dal tempo necessario per costruire gli strati, e può essere difficile creare strati con spessori consistenti quando si utilizzano resine altamente viscose. La realizzazione di parti complesse richiede in genere supporti, che deve essere posizionato con precisione e poi rimosso una volta che l'oggetto si è indurito.

Sebbene la polimerizzazione multifotone possa essere utilizzata per evitare l'approccio strato per strato, La stampa 3D di oggetti in vetro richiede un materiale trasparente alla lunghezza d'onda del laser sia durante la fase liquida iniziale che una volta polimerizzato. Deve anche assorbire la luce laser a metà della lunghezza d'onda del laser per avviare il processo di polimerizzazione multifotone.

Per realizzare questo, i ricercatori hanno utilizzato una miscela contenente un iniziatore fotochimico per assorbire la luce laser, una resina e ad alta concentrazione di nanoparticelle di silice. Oltre a funzionare bene con il laser, l'elevata viscosità di questa miscela consente di formare una parte 3D senza problemi di deformazione o supporti per mantenere l'oggetto in posizione durante la stampa 3D.

"Critici per la tecnica erano i laser ultracorti ad alta potenza basati sulla tecnologia di amplificazione a impulsi cinguettati di Strickland e Mourou, premiati con un premio Nobel nel 2018, " ha detto Gallais. "Solo impulsi intensi e molto brevi creeranno una fotopolimerizzazione non lineare con alta precisione e senza effetti termici".

Testare il processo

Dopo aver convalidato la possibilità di creare un oggetto solido utilizzando le miscele di nanoparticelle di silice, i ricercatori hanno utilizzato il loro approccio alla stampa 3D per creare oggetti con forme complesse. Hanno anche applicato un processo che trasforma le parti polimerizzate in vetro.

"Il nostro approccio potrebbe essere potenzialmente utilizzato per produrre quasi tutti i tipi di oggetti in vetro 3D, " disse Gallais. "Per esempio, stiamo esplorando la possibilità di produrre parti in vetro che potrebbero essere utilizzate su orologi di lusso o bottiglie di profumo".

I ricercatori stanno lavorando per rendere la tecnica più pratica e ridurre i costi sperimentando sorgenti laser meno costose, Per esempio. Vogliono anche ottimizzare il processo per migliorare la qualità della superficie per ridurre la rugosità.