研究人員開發出基于激光的新工藝，用于3D打印玻璃物體

研究人員已經開發出一種基于激光的新工藝，用于3D打印玻璃制成的復雜部件。隨著進一步的發展，這種新方法可以用于制造視覺、成像、照明或基于激光的復雜光學器件。大多數3D打印工藝都是逐層建立一個物體，來自法國菲涅爾研究所和馬賽中央學院的研究小組開發的新工藝通過使用激光束將液體前體轉化或聚合成固體玻璃，避免了這些工藝的局限性。利用這種方法，他們創建了各種二氧化硅玻璃物體，如自行車和埃菲爾鐵塔的微型模型，沒有任何孔隙或裂縫。

3D打印方法基于多光子聚合，它確保了聚合（將液體單體分子連接在一起成為固體聚合物的過程）只在激光焦點處發生。它可以直接制造尺寸從幾微米到幾十厘米的三維零件，其分辨率理論上只受限于用于激光束成形的光學器件。玻璃是用于制造光學器件的主要材料之一，新工藝有朝一日可以讓科學家們3D打印他們所需要的光學元件。

雖然可以使用多光子聚合來避免逐層打印的方法，但3D打印玻璃物體需要一種在初始液態階段和聚合后在激光波長下都是透明的材料。它還必須以激光波長的一半吸收激光，以啟動多光子聚合過程。

為了實現這一目標，研究人員使用了一種含有吸收激光的光化學引發劑、樹脂和高濃度二氧化硅納米顆粒的混合物。除了能很好地與激光配合，這種混合物的高粘度還能讓3D部件成型，而不會出現變形問題，也不會在3D打印過程中需要支撐物來保持物體的位置。

在驗證了使用二氧化硅納米顆粒混合物可以創建一個固體物體后，研究人員使用他們的3D打印方法來創建具有復雜形狀的物體。他們還應用了一種將聚合部件轉化為玻璃的工藝。研究人員正在努力使這項技術更加實用，并通過試驗使用更便宜的激光源等方式降低成本。他們還希望優化工藝，提高表面質量以降低粗糙度。

論文標題為《3D-printing of silica glass through multiphoton polymerization process》，發表在《Optics Letters》雜志上。