研究人員使用一種稱為直接光投射（DLP）的3D打印方法來制作二氧化硅纖維預(yù)制棒。
《3D打印商情》了解到，近期新開發(fā)出的一種用于3D打印玻璃光纖預(yù)制棒的方法可以大大降低光纜的制造成本。該方法由澳大利亞悉尼科技大學(xué)的研究人員開發(fā)，他們的研究工作論文發(fā)表在最近的《Optics Letters》(光學(xué)快報)雜志上。
據(jù)了解，他們的新3D打印工藝可以大大降低制造玻璃光纖的成本——這不僅會降低昂貴的電信網(wǎng)絡(luò)光纖電纜的制造成本，還會導(dǎo)致新的設(shè)計和應(yīng)用出現(xiàn)。
研究團隊的負責(zé)人John Canning說，當(dāng)前的制造工藝需要在車床上將纖芯精確對準(zhǔn)中心旋轉(zhuǎn)管子的中心，這是十分費力的。而新工藝放寬了一些幾何要求，這是工藝中最復(fù)雜的部分之一。John Canning說：“有了增材制造技術(shù)，就不必將光纖的幾何形狀居中了。這消除了光纖設(shè)計的最大限制之一，并大大降低了光纖制造成本。”
工藝的產(chǎn)生
研究人員表示，他們的發(fā)明得益于較早的研究，他們使用3D打印的預(yù)成型件中的聚合物材料制造了纖維。以前，在這種類型的打印工藝中使用二氧化硅是一項巨大的挑戰(zhàn)，因為打印玻璃需要超過1900攝氏度的高溫。
John Canning說：“得益于材料和納米粒子集成的新穎結(jié)合，我們證明了3D打印二氧化硅預(yù)成型坯的可能性?！?/span>
為了制造石英玻璃，John Canning和他的團隊使用了通常用于制造聚合物物體的DLP 3D打印機。對于這種制造，打印機使用數(shù)字投光器來聚合光反應(yīng)性單體。
創(chuàng)建二氧化硅物體需要修改工藝以及所使用的材料。在材料方面，研究人員將二氧化硅納米粒子的添加量按重量計占50％或更高。
然后，他們設(shè)計了3D打印的圓柱形物體，其中包含一個用于核的孔，并將聚合物和納米顆粒的材料混合物插入該孔中。但是，這次他們改變了配方，在二氧化硅納米顆粒中添加了鍺硅酸鹽。研究人員說，這產(chǎn)生了更高的折射率，從而可以整合各種摻雜劑。
工藝的下一步需要一個稱為脫脂的獨特加熱過程，該過程將從材料混合物中除去聚合物，僅留下被分子間力結(jié)合的二氧化硅納米顆粒。
最后，通過進一步升高溫度，研究人員將納米顆粒融合成一個固體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以插入拉絲塔中，在那里它們再次被加熱并拉動物體以制造光纖。
工藝的商業(yè)化
John Canning說：“為了驗證工藝，研究人員制造了相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)鍺硅酸鹽纖維的預(yù)成型坯，可用于制造多模或單模光纖?！?/span>
需要承認的是，當(dāng)他們在打印的第一根光纖中觀察到很高的光損耗時，他們的工作確實受到了限制。但是，John Canning說，他們此后已經(jīng)確定了這個問題，并正在努力解決。
他在一份新聞聲明中說：“通過進一步改進以限制光損失，這種新方法有可能取代傳統(tǒng)的基于車床的二氧化硅光纖制造方法。”
John Canning說，用這種工藝代替目前的制造工藝可以降低整體成本，不僅可以降低制造和材料成本，還可以降低人工成本，因為這還可以減少培訓(xùn)和生產(chǎn)工人面臨的危險因素。
該團隊目前正在尋求與一家主流商業(yè)光纖制造公司合作，以改善該技術(shù)并使之商業(yè)化。研究人員還希望加速該領(lǐng)域的研究并推動新的制造方法。
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