導(dǎo)讀：研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種利用3D打印來(lái)創(chuàng)建一個(gè)預(yù)制體的方法，它可以被繪制成硅玻璃光纖，而硅玻璃光纖是全球電信網(wǎng)絡(luò)的骨干。這種新的制造方法不僅可以簡(jiǎn)化這些纖維的生產(chǎn)，而且可以實(shí)現(xiàn)以前不可能的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。
研究人員使用一種稱(chēng)為直接光投射（DLP）的3D打印方法來(lái)制作二氧化硅纖維預(yù)制體。他們制造了階躍折射率纖維（a）和結(jié)構(gòu)化預(yù)制棒（b）的預(yù)制體。然后將這些預(yù)成型件放在拉絲塔中（中圖）以制成最終的光纖（右）。橙色插圖顯示了階躍折射率纖維的橫截面。
據(jù)《3D打印商情》了解，一個(gè)由澳大利亞和中國(guó)的工程師組成的團(tuán)隊(duì)日前開(kāi)發(fā)出了可拉伸成纖維的光學(xué)二氧化硅預(yù)制體的3D打印方法。該團(tuán)隊(duì)在《光學(xué)學(xué)會(huì)》雜志《光學(xué)快報(bào)》上發(fā)表了他們的研究。
毫不夸張地說(shuō)，光學(xué)二氧化硅纖維是世界經(jīng)濟(jì)中最重要的材料之一。高速互聯(lián)網(wǎng)依賴(lài)于它們，然而，制造它們是勞動(dòng)密集且精確的過(guò)程。
這種新技術(shù)由悉尼科技大學(xué)的約翰·坎寧（John Canning）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)，并與新南威爾士大學(xué)的Dang-Dean Peng以及哈爾濱工程大學(xué)和燕山大學(xué)的同事合作，研制出了一種由光學(xué)二氧化硅制成的預(yù)制體，可以用一種更簡(jiǎn)單、更便宜的方法制成纖維。
坎寧解釋說(shuō)：“制造二氧化硅光纖涉及在車(chē)床上進(jìn)行紡絲的勞動(dòng)密集型過(guò)程，這要求光纖的纖芯精確地居中?！?“通過(guò)增材制造，無(wú)需以纖維的幾何形狀為中心。這消除了光纖設(shè)計(jì)的最大限制之一，并大大降低了光纖制造成本?！?/span>
坎寧說(shuō)：“像3D打印這樣的附加制造方法非常適合改變纖維設(shè)計(jì)和用途的整個(gè)方法?！崩?，這將擴(kuò)大光纖傳感器的應(yīng)用范圍。在壽命、校準(zhǔn)和維護(hù)方面，光纖傳感器的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電子等價(jià)物，但由于制造成本昂貴，這些傳感器尚未得到廣泛應(yīng)用。
這項(xiàng)研究建立在早期工作的基礎(chǔ)上，研究人員使用一種聚合物材料演示了從3D打印預(yù)制體中提取的第一根纖維，但是將技術(shù)擴(kuò)展到二氧化硅需要大量的額外創(chuàng)新：尤其是3D打印玻璃所需的超過(guò)1900°C的高溫。
該團(tuán)隊(duì)使用了市售的DLP 3D打印機(jī)，該打印機(jī)通常用于聚合光反應(yīng)性單體，并在其中裝載了二氧化硅納米粒子以及重量百分比大于50％的單體。然后，他們打印了一個(gè)圓柱狀的空心物體，隨后將它們填充了相同單體和二氧化硅納米粒子的類(lèi)似混合物，但在這種情況下，向混合物中添加了鍺硅酸鹽摻雜劑以增加折射率。
制成預(yù)制體后，他們隨后執(zhí)行了一個(gè)加熱步驟以去除聚合物粘合劑，從而使納米顆粒通過(guò)分子間的力粘合在一起。升高溫度進(jìn)一步將納米顆粒融合在一起成為固體結(jié)構(gòu)。然后可以將其加熱并在拉絲塔中拉出，以產(chǎn)生光纖。
最初的實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)出具有高光損耗特性的光纖，但是研究小組已經(jīng)找到了造成這些損耗的原因，并正在努力解決這些問(wèn)題。
坎寧說(shuō)：“這項(xiàng)新技術(shù)出奇地出色，可以應(yīng)用于一系列玻璃材料加工中，以改善其他類(lèi)型的光學(xué)組件?！?“通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)以限制光損耗，這種新方法有可能取代傳統(tǒng)的基于車(chē)床的二氧化硅光纖制造方法。這不僅可以減少制造和材料成本，還可以降低人工成本，因?yàn)闇p少了培訓(xùn)和危害?！?/span>
研究人員有興趣與一家主流商業(yè)光纖制造公司合作，以改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)并將其商業(yè)化。他們還計(jì)劃探索其他加速3D打印的方法，方法是針對(duì)不同的應(yīng)用對(duì)3D打印進(jìn)行改進(jìn)。
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