Une méthode de fabrication additive volumétrique à base de laser pour imprimer du verre en 3D

Les techniques traditionnelles de fabrication du verre peuvent être coûteuses et lentes, et le verre d'impression 3D donne souvent des textures rugueuses, ce qui les rend inadaptées aux lentilles lisses. À l'aide d'une nouvelle approche de fabrication additive volumétrique (VAM) basée sur le laser - une technologie émergente dans l'impression 3D quasi instantanée - des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et de l'Université de Californie à Berkeley ont démontré la capacité d'imprimer en 3D des objets microscopiques en verre de silice, dans le cadre d'un effort visant à produire des optiques délicates sans couche qui peuvent être construites en quelques secondes ou minutes.

Surnommée "le réplicateur" d'après l'appareil fictif de "Star Trek" qui peut fabriquer instantanément presque n'importe quel objet, la technologie de lithographie axiale calculée (CAL) développée par LLNL et UC Berkeley s'inspire des méthodes d'imagerie par tomodensitométrie (CT). CAL fonctionne en calculant des projections sous de nombreux angles à travers un modèle numérique d'un objet cible, en optimisant ces projections par calcul, puis en les livrant dans un volume rotatif de résine photosensible à l'aide d'un projecteur de lumière numérique. Au fil du temps, les motifs lumineux projetés reconstruisent ou accumulent une distribution de dose de lumière 3D dans le matériau, durcissant l'objet à des points dépassant un seuil de lumière pendant que la cuve de résine tourne. L'objet entièrement formé se matérialise en quelques secondes - bien plus rapidement que les techniques d'impression 3D couche par couche traditionnelles - puis la cuve est vidée pour récupérer la pièce.

Combinant une nouvelle technique VAM à micro-échelle appelée micro-CAL, qui utilise un laser au lieu d'une source LED, avec une résine de verre nanocomposite développée par la société allemande Glassomer et l'Université de Fribourg, les chercheurs de l'UC Berkeley ont rapporté la production de verre à microstructure complexe et robuste objets avec une rugosité de surface de seulement six nanomètres avec des caractéristiques allant jusqu'à un minimum de 50 microns.

Hayden Taylor, professeur agrégé de génie mécanique à l'UC Berkeley, chercheur principal du projet, a déclaré que le processus micro-CAL, qui produit une dose plus élevée de lumière et durcit les objets 3D plus rapidement et à une résolution plus élevée, combiné aux résines nanocomposites caractérisées au LLNL s'est avéré un " match parfait les uns pour les autres », créant « des résultats frappants dans la force des objets imprimés ».

L'équipe a comparé la résistance à la rupture du verre construit avec micro CAL à des objets de même taille fabriqués par un processus d'impression à base de couches plus conventionnel. L'équipe a découvert que les charges de rupture des structures imprimées CAL étaient plus étroitement regroupées, ce qui signifie que les chercheurs pouvaient avoir plus confiance dans la charge de rupture des composants imprimés CAL par rapport aux techniques conventionnelles.

Au cours des dernières années, la collaboration LLNL / UC Berkeley VAM a expérimenté différentes résines et matériaux pour créer des objets complexes. La dernière avancée découle d'une étude avec UC Berkeley pour découvrir de nouvelles classes de matériaux polyvalents qui pourraient élargir la gamme de chimies et de propriétés des matériaux réalisables grâce à la méthode VAM.

Selon les chercheurs. Le verre imprimé VAM pourrait avoir un impact sur les dispositifs en verre solide avec des caractéristiques microscopiques, produire des composants optiques avec plus de liberté géométrique et à des vitesses plus élevées et pourrait potentiellement permettre de nouvelles fonctions ou des produits à moindre coût.

Les applications du monde réel pourraient inclure la micro-optique dans les caméras de haute qualité, l'électronique grand public, l'imagerie biomédicale, les capteurs chimiques, les casques de réalité virtuelle, les microscopes avancés et la microfluidique avec des géométries 3D difficiles telles que les applications «lab-on-a-chip» ( où des canaux microscopiques sont nécessaires pour les diagnostics médicaux), des études scientifiques fondamentales, la fabrication de nanomatériaux et le dépistage de médicaments.

Pour plus d'informations, contactez Carrie Martin à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer Javascript pour le voir.; 935-424-4175.