Шведски научници тврде да је ово најмања 3Д штампана чаша за вино на свету – Арс Тецхница

Тим шведских научника развио је нову технологију за 3Д штампање Силицијум стакло Поједностављује сложен енергетски интензиван процес. Као доказ концепта, штампали су најмању чашу за вино на свету (направљену од стварног стакла) користећи оквир мањи од ширине једне длаке, као и оптички резонатор за оптичке комуникационе системе – једну од неколико потенцијалних примена за 3Д штампане компоненте од силицијумског стакла. Своју нову методу су описали у Последњи папир У Натуре Цоммуницатионс.

„Кичма интернета је заснована на оптичким влакнима која су направљена од стакла“, рекла је коауторка Кристин Гилвасон са Краљевског технолошког института КТХ у Стокхолму. „У овим системима су потребне све врсте филтера и компаратора који се сада могу 3Д штампати помоћу наше технологије. Ово отвара многе нове могућности.“

Силицијум стакло (тј. аморфни силицијум диоксид) је један од материјала који остаје изазован за 3Д штампање, посебно на микроскопском нивоу, према ауторима, иако многи приступи настоје да реше овај изазов, укључујући литографију и мастило. Директна и дигитална обрада светлости . Чак и они су били у стању да постигну величине само неколико десетина микрометара, са једним изузетком Студија 2021 који је известио о тачности наносмера.

Али сви они се користе Сол Гел Процеси који укључују различите органске смеше напуњене наночестицама силицијум диоксида. Коначне штампане структуре су стога композити који садрже много органских материјала, и стога немају најпожељније особине силицијум стакла (тј. термичка и хемијска стабилност, тврдоћа и оптичка транспарентност у широком опсегу таласних дужина). Захтева додатни корак синтеровања на високим температурама од око 1.200 °Ц (2.192 °Ф) током неколико сати да би се уклонили органски остаци и постигла та својства. Овај екстра енергетски интензиван корак озбиљно ограничава потенцијалне примене јер се могу користити само материјали супстрата који могу да издрже више температуре. Неки приступи такође захтевају да се 3Д штампане структуре саставе у коначни облик, што је изазовно на микрометарској скали.

Приликом развоја њихове алтернативне технологије 3Д штампања за силицијум стакло, Гилфасон ет ал. Претворити се у водоник силсескиоксан (ХСК), неоргански материјал сличан силицијум диоксиду који се може обликовати електронским зрацима, јонским зрацима и одређеним таласним дужинама ултраљубичастог светла. Једна од главних предности је та што се њихов метод не ослања на органска једињења која делују као фотосензибилизатори или везива која остају на подлози, као што је случај са литографијом или директним писањем мастилом. Уместо тога, њихов метод се ослања на директно умрежавање неорганских ХСК-а.

Процес има три главна корака. Прво су испустили ХСК растворен у органским растварачима на супстрат. Када се ХСК осуши, они прате жељени 3Д облик користећи фокусирани суб-пикосекундни ласерски зрак. Коначно, сваки непокривени ХСК се раствори обичном употребом раствора калијум хидроксида. Раманова спектроскопија штампаних микроструктура показала је све очекиване карактеристике силицијум стакла.

Међутим, било је и заосталих трагова водоника и угљеника. За апликације које захтевају више чистог силицијумског стакла, заостале органске материје могу да се уклоне жарењем структура на 900 °Ц (1,652 °Ф) – додатни корак који је одобрен, али на много нижој температури од уобичајеног додатног корака синтеровања. Затим је спектар структура усклађен са комерцијалном подлогом од силицијумског стакла. Док жарење 3-Д микроструктура може проузроковати њихово скупљање или изобличење, аутори су открили да је максимално скупљање за њихове структуре од силицијумског стакла било око 6 процената, у поређењу са између 16 и 56 процената за стаклене предмете направљене литографијом и методама директног бојења. . .

Поред мале чаше за вино са доказом концепта и оптичког резонатора, аутори су утиснули малу верзију КТХ логотипа, конзолу и конусну спиралу, као и врх оптичких влакана од силицијумског стакла. Верују да би се њихов метод могао користити и за прављење прилагођених сочива за медицинске уређаје и микророботе. Облагање 3Д штампаних микроструктура нанодијамантима или наночестицама гвожђа могло би да омогући даље прилагођавање својстава интеграције хибридне квантне фотонике или магнетно уклањање контроле кретања структура.

„Забринутост при интеграцији метода 3Д штампања обично се разликује за различите апликације,“ рекао је коаутор Бо Хан Хуанг, апсолвент на КТХ. „Иако је оптимизација наше методе и даље потребна за различите примене, верујемо да наш метод пружа важан и неопходан пробој за 3Д штампање на стаклу за употребу у практичним сценаријима.

ДОИ: Натуре Цоммуницатионс, 2023. 10.1038 / с41467-023-38996-3 (о ДОИ).