Bilim adamları Işıkla Cam Mikroyapılar Oluşturmak İçin Yenilikçi 3D Baskı Tekniği Geliştiriyorlar

Science dergisinde yayınlanan yeni bir araştırmaya göre, Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, 3D baskı cam mikroyapıları için yeni bir yöntem geliştirdiler. Bu yöntem daha hızlıdır ve daha yüksek optik kaliteye, tasarım esnekliğine ve gücüne sahip nesneler üretir.

Araştırmacılar, Almanya'daki Freiburg Üniversitesi'ndeki bilim insanlarıyla işbirliği içinde, üç yıl önce geliştirdikleri bir 3D baskı süreci olan Hesaplamalı Eksenel Litografinin (CAL) yeteneklerini daha ince özellikler ve camda baskı yapmak için genişlettiler. Yeni sisteme "mikro-CAL" adını verdiler.

Cam genellikle akıllı telefonlarda ve endoskoplarda kullanılan küçük, yüksek kaliteli kameraların lensleri ve az miktarda sıvıyı analiz etmek veya işlemek için kullanılan mikroakışkan cihazlar dahil olmak üzere karmaşık mikroskobik nesneler yapmak için tercih edilen malzemedir. Bununla birlikte, mevcut üretim yöntemleri yavaş, pahalı ve endüstrinin artan taleplerini karşılama yeteneklerinde sınırlı olabilir.

CAL süreci, ince malzeme katmanlarından nesneler oluşturan günümüzün endüstriyel 3D baskı üretim sürecinden temel olarak farklıdır. Bu teknik zaman alıcı olabilir ve pürüzlü yüzey dokularına neden olabilir. Ancak, CAL 3D tüm nesneyi aynı anda yazdırır. Araştırmacılar, dönen ışığa duyarlı bir malzemeye bir ışık paterni yansıtmak için bir lazer kullandılar ve üç boyutlu bir ışık dozu oluşturdular ve daha sonra istenen şekle katılaştılar. CAL prosesinin katmansız yapısı, pürüzsüz yüzeyler ve karmaşık geometriler sağlar.

Bu araştırma, CAL'nin sınırlarını zorluyor ve cam yapılarda mikro ölçekli özellikleri basma yeteneğini gösteriyor. "Bu yöntemi 2019'da ilk yayınladığımızda, CAL nesneleri milimetrenin yaklaşık üçte biri büyüklüğünde özelliklere sahip polimerlere basabiliyordu" diyor UC Berkeley'de baş araştırmacı ve makine mühendisliği profesörü Hayden Taylor. .

"Şimdi, mikro-CAL ile, bir metrenin yaklaşık 20 milyonda biri kadar küçük özelliklere veya bir insan saçının genişliğinin yaklaşık dörtte biri kadar küçük özelliklere sahip polimerlerdeki nesneleri basabiliyoruz. Ve ilk kez, bu yaklaşımı gösterdik Sadece polimerlerde baskı yapmakla kalmaz, aynı zamanda bir metrenin yaklaşık 50 milyonda birine kadar olan özelliklerle camdan da baskı yapabilirsiniz. "

Cam basmak için Taylor ve araştırma ekibi, ışığa duyarlı yapışkan bir sıvı ile çevrili cam nanopartikülleri içeren özel bir reçine malzemesi geliştiren Freiburg Üniversitesi'ndeki bilim insanlarıyla işbirliği yaptı. Yazıcıdan gelen dijital ışık projeksiyonu bağlayıcıyı katılaştırır ve araştırmacılar daha sonra bağlayıcıyı çıkarmak ve parçacıkları saf camdan oluşan katı bir nesneye kaynaştırmak için basılı nesneyi ısıtırlar.

Taylor, "Buradaki kilit faktör, bağlayıcının kırılma indisinin camın kırılma indisi ile neredeyse aynı olmasıdır, bu nedenle malzemeden geçerken ışığın çok az saçılması vardır" dedi. CAL baskı süreci ve Glassomer (GmbH) tarafından geliştirilen bu malzeme birbirlerinin mükemmel kombinasyonudur."

Araştırma ekibi ayrıca testler yaptı ve CAL baskılı cam nesnelerin, geleneksel katman tabanlı baskı süreçleri kullanılarak yapılan nesnelerden daha kararlı bir güce sahip olduğunu buldu. Taylor, "Cam nesneler daha fazla kusur veya çatlak içerdiğinde veya pürüzlü bir yüzeye sahip olduğunda, daha kolay parçalanma eğilimindedirler" dedi. Bu nedenle, diğer katman tabanlı 3D baskı işlemleriyle karşılaştırıldığında, CAL daha pürüzsüz yüzeylere sahip nesneler yapar. Yetenek büyük bir potansiyel avantajdır."

CAL'nin 3D baskı yöntemi, mikroskobik cam nesneler üreticilerine, müşterilerin geometri, boyut ve optik ve mekanik özellikler için zorlu gereksinimlerini karşılamak için yeni ve daha verimli bir yol sunar. Özellikle, bu, kompakt kameraların, sanal gerçeklik kulaklıklarının, gelişmiş mikroskopların ve diğer bilimsel araçların önemli bir parçası olan mikroskobik optik bileşenlerin üreticilerini içerir. Taylor, "Bu parçaları daha hızlı ve geometrik özgürlükle üretebilmek, yeni cihaz yeteneklerine veya daha düşük maliyetlere yol açma potansiyeline sahip" dedi.