研究员开发出用于3D打印玻璃零件的多光子聚合工艺

aau讯（许乐）据外媒报道，由法国菲涅尔研究所和法国马赛中央大学组成的研究小组已开发出一种用于3D打印玻璃零件的基于激光的工艺，这种进步可能会导致用于视觉或激光应用的复杂光学系统。

据研究小组负责人Laurent Gallais表示，新工艺通过使用激光束将液态前驱物聚合成固态玻璃，避免了分层构造物体的局限性。

　　3D打印具有降低光学石英纤维成本的潜力

　　在光学协会（OSA）的《光学快报》杂志上，Gallais和研究小组成员Thomas Doualle、Jean-Claude Andre展示了他们如何使用这项新技术来制造各种石英玻璃物体，例如自行车的微型模型和没有任何毛孔或裂缝的埃菲尔铁塔。

　　据Gallais介绍，3D打印方法基于多光子聚合，可确保聚合在精确的激光焦点处进行。它可以直接制造尺寸从几微米到几十厘米不等的3D零件，其分辨率理论上仅受用于激光束整形的光学器件的限制。Gallais在一份声明中说：“玻璃是用于制造光学器件的主要材料之一。我们的工作代表着开发一种方法的第一步，这一方法可能有一天使科学家能够3D打印所需的光学组件。”

　　使用传统的逐层方法构建3D玻璃对象存在一些限制。打印过程的速度受到构建这些层的时间的限制，并且当使用高粘度树脂时，很难创建厚度一致的层。制造复杂零件通常需要支撑，支撑必须精确定位，然后在物体变硬后将其移除。

　　尽管可以使用多光子聚合来避免逐层构建方法的限制，但是3D打印玻璃物体需要一种在初始液相期间在激光波长下透明且快速聚合的材料。它还必须吸收激光波长一半的激光以启动多光子聚合过程。

　　为此，研究人员使用了一种包含光化学引发剂的混合物来吸收激光-树脂和高浓度的二氧化硅纳米颗粒。除了可以很好地与激光器配合使用之外，这种混合物的高粘度还可以形成3D零件，而不会产生变形问题，也可以在3D打印期间将物体固定在适当的位置而无需支撑物。

　　Gallais说：“这项技术的关键是基于Strickland和Mourou的脉冲放大技术的高功率超短激光器。只有强脉冲和非常短的脉冲才会产生高精度的非线性光聚合，并且不会产生热效应。”

　　在确认可以使用二氧化硅纳米颗粒混合物创建固体对象后，研究人员使用其3D打印方法来创建形状复杂的对象。他们还应用了将聚合部件转变为玻璃的工艺。

　　Gallais说：“我们的方法有可能被用于生产几乎任何类型的3D玻璃物体。而今，我们正在探索生产可用于豪华手表或香水瓶的玻璃部件的可能性。”

　　目前，研究人员正在尝试通过使用更便宜的激光源来使该技术更加实用并降低成本。他们还希望优化工艺以改善表面质量以降低粗糙度。

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