中國粉體網(wǎng)訊  此前，《Science》曾以封面文章發(fā)表采用軸向光刻3D打印石英玻璃的研究。源于從微光學(xué)器件到用于化學(xué)合成和生物分析的微流體系統(tǒng)對玻璃的尺寸、幾何形狀、表面粗糙度和機械強度要求的發(fā)展，傳統(tǒng)的加工方法受到挑戰(zhàn)。來自美國加州大學(xué)伯克利分校、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室以及德國弗萊堡大學(xué)的研究人員，研究了石英玻璃的微尺度計算軸向光刻3D打印技術(shù)，也即通常被稱之為的體積3D打印。

基于全息曝光、正交疊加、層析照相以及后燒結(jié)，研究人員制造了內(nèi)徑150μm的三維微流體、表面粗糙度僅6nm的復(fù)雜形狀微光學(xué)元件，以及最小特征尺寸為50μm的復(fù)雜高強度桁架和晶格結(jié)構(gòu)。作為一種高速、無層紋數(shù)字光制造工藝，軸向光刻3D打印可加工具有高固含量和高幾何自由度的納米復(fù)合材料，從而為新的設(shè)備制造提供空間。

軸向光刻3D打印石英玻璃的原理

計算軸向光刻的斷層攝影技術(shù)通過時間復(fù)用曝光迭代優(yōu)化光投影的方位角疊加來聚合3D結(jié)構(gòu)，能夠處理玻璃納米復(fù)合材料。在打印過程中，前體材料和制造物體之間不會發(fā)生相對運動，因此可以輕松使用高粘度和觸變性的納米復(fù)合材料前體。該工藝的無層紋制造特點可實現(xiàn)光滑的表面和復(fù)雜的幾何形狀。因為在打印過程中制造的物體被前體材料包圍，不需要犧牲固體支撐結(jié)構(gòu)。這些屬性對于3D打印微光學(xué)和微流體器件來說是理想的。

圖片采用軸向光刻3D打印技術(shù)制造的微型玻璃結(jié)構(gòu)

該研究中，使用的高透明度光固化微立體光刻納米復(fù)合材料由液體單體光固化粘結(jié)劑基質(zhì)和35vol%的固體無定形SiO₂納米顆粒組成。粘結(jié)劑通過自由基聚合，并將納米顆粒支撐固定在打印結(jié)構(gòu)中。對于打印獲得的石英玻璃生坯需要進(jìn)行脫脂和燒結(jié)。脫脂處理燒掉了聚合物粘結(jié)劑基體，產(chǎn)生了多孔的SiO₂。在燒結(jié)過程中，納米顆粒熔合在一起，形成致密的透明玻璃部分，并產(chǎn)生26%的各向同性線性收縮。

消費電子和生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域?qū)Ω�緊湊、更輕便和高質(zhì)量相機的需求推動了先進(jìn)毫米級光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展。軸向光刻3D打印為特定應(yīng)用設(shè)計的自由形式折射微透鏡消除了其他3D打印工藝的層紋影響，而且該研究所制造的熔融石英玻璃具有出色的幾何自由度、低表面粗糙度以及高斷裂強度和光學(xué)透明度，將推動該領(lǐng)域相關(guān)器件的發(fā)展。

體積3D打印通過多光束在透明樹脂液體中快速創(chuàng)建零件。相比傳統(tǒng)的DLP和SLA技術(shù)，多光束3D打印可以達(dá)到更高的吞吐量（>105mm³/h），同時可以打印更加粘稠的材料。區(qū)別于傳統(tǒng)的Z軸層疊3D打印，體積3D打印基于斷層攝影曝光的技術(shù)在制造生物器官方面也具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。綜合近年來的研究，無一不是前沿、突破性的發(fā)展，相信該技術(shù)在未來將創(chuàng)造更多的可能。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

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