İsveçli bilim adamları bunun dünyanın en küçük 3D baskılı şarap kadehi olduğunu iddia ediyor – Ars Technica

İsveçli bilim adamlarından oluşan bir ekip, 3D baskı için yeni bir teknoloji geliştirdi silika cam Karmaşık enerji yoğun süreci basitleştirir. Konseptin bir kanıtı olarak, tek bir saç telinin genişliğinden daha küçük bir çerçeve ve fiber optik iletişim sistemleri için bir optik rezonatör kullanarak dünyanın en küçük şarap kadehini (gerçek camdan yapılmış) bastılar. 3D baskılı silika cam bileşenleri. Yeni yöntemlerini şöyle anlattılar: son kağıt Doğa İletişiminde.

“İnternetin omurgası, camdan yapılan optik fiberlere dayanmaktadır.” ortak yazar Christine Gilvason dedi Stockholm’deki KTH Kraliyet Teknoloji Enstitüsü’nden. “Bu sistemlerde, teknolojimizle artık 3D yazdırılabilen her türlü filtre ve karşılaştırıcıya ihtiyaç var. Bu, birçok yeni olasılığın kapısını açıyor.”

Silika cam (yani, amorf silikon dioksit), litografi ve mürekkepleme dahil olmak üzere çeşitli yaklaşımlar bu zorluğu ele almaya çalışsa da, yazarlara göre özellikle mikroskobik düzeyde 3D baskı için zorlu olmaya devam eden bir malzemedir. . Bunlar bile, bir istisna dışında, yalnızca birkaç on mikrometre mertebesinde özellik boyutlarına ulaşabildi. 2021 Eğitimi nano ölçekli doğruluk bildirdi.

Ama hepsi kullanılıyor Sol Jel Silika nanopartiküller ile yüklenmiş farklı organik karışımları içeren işlemler. Nihai basılı yapılar bu nedenle birçok organik malzeme içeren kompozitlerdir ve bu nedenle silis camının en çok arzu edilen özelliklerinden (yani, termal ve kimyasal kararlılık, sertlik ve geniş bir dalga boyu aralığında optik şeffaflık) yoksundur. Organik kalıntıları gidermek ve bu özellikleri elde etmek için yaklaşık 1.200 °C (2.192 °F) gibi yüksek sıcaklıklarda birkaç saat boyunca ek bir sinterleme aşaması gerektirir. Bu ekstra enerji yoğun adım, yalnızca daha yüksek sıcaklıklara dayanabilen alt tabaka malzemeleri kullanılabileceğinden potansiyel uygulamaları ciddi şekilde sınırlar. Bazı yaklaşımlar, mikrometre ölçeğinde zorlayıcı olan, 3D baskılı yapıların nihai bir formda birleştirilmesini de gerektirir.

Gylfason, silika cam için alternatif 3D baskı teknolojisini geliştirirken et al. Dönüşmek hidrojen silseskuioksan (HSQ), elektron ışınları, iyon ışınları ve ultraviyole ışığın belirli dalga boylarıyla şekillendirilebilen inorganik silika benzeri bir malzeme. Başlıca avantajlarından biri, yöntemlerinin, litografi veya doğrudan mürekkeple yazmada olduğu gibi, alt tabaka üzerinde kalan ışığa duyarlılaştırıcılar veya bağlayıcılar gibi davranan organik bileşiklere dayanmaması. Bunun yerine, yöntemleri inorganik HSQ’ların doğrudan çapraz bağlanmasına dayanır.

Sürecin üç ana adımı vardır. İlk olarak, organik çözücüler içinde çözülmüş HSQ’yu bir substrat üzerine düşürdüler. HSQ kuruduktan sonra, odaklanmış bir pikosaniye altı lazer ışını kullanarak istenen 3B şekli izlerler. Son olarak, kaplanmamış herhangi bir HSQ, basit bir potasyum hidroksit çözeltisi kullanımı ile çözülür. Basılı mikro yapıların Raman spektroskopisi, silika camın beklenen tüm özelliklerini gösterdi.

Bununla birlikte, kalıntı hidrojen ve karbon izleri de vardı. Daha saf silis camı gerektiren uygulamalar için artık organikler, yapıların 900 °C’de (1.652 °F) tavlanmasıyla çıkarılabilir; bu ek bir adımdır, ancak normal ek sinterleme adımından çok daha düşük bir sıcaklıktadır. Daha sonra, yapıların spektrumu, ticari bir erimiş silika cam substrat ile eşleştirildi. 3-D mikro yapıların tavlanması onların küçülmesine veya bozulmasına neden olabilirken, yazarlar silika cam yapıları için maksimum büzülmenin yaklaşık yüzde 6 olduğunu, litografi ve doğrudan mürekkep yöntemleri kullanılarak yapılan cam nesneler için yüzde 16 ile yüzde 56 arasında olduğunu buldular. . . .

Küçük bir konsept kanıtı şarap kadehi ve optik rezonatöre ek olarak, yazarlar KTH logosunun küçük bir versiyonunu, bir çıkıntıyı ve konik bir spirali ve ayrıca bir silika cam fiber optik ucu basmışlardır. Yöntemlerinin tıbbi cihazlar ve mikro robotlar için özel lensler yapmak için de kullanılabileceğine inanıyorlar. 3D baskılı mikro yapıların nano elmaslar veya demirli nanopartiküller ile kaplanması, sırasıyla hibrit kuantum fotoniğin entegrasyon özelliklerinin daha fazla özelleştirilmesini veya yapıların hareketinin kontrolünün manyetik olarak kaldırılmasını sağlayabilir.

“3D baskı yöntemlerini entegre ederken yaşanan endişeler genellikle farklı uygulamalar için farklıdır.” dedi ortak yazar Bo Han Huang, KTH’de yüksek lisans öğrencisi. “Farklı uygulamalar için yöntemimizin optimizasyonu hala gerekli olsa da, yöntemimizin pratik senaryolarda kullanılmak üzere cam üzerine 3D baskı için önemli ve gerekli bir atılım sağladığına inanıyoruz.”

DOI: Doğa İletişimi, 2023. 10.1038/s41467-023-38996-3 (DOI’ler hakkında).