Os pesquisadores desenvolveram uma maneira de usar a impressão 3-D para criar uma pré-forma que pode ser transformada em fibras ópticas de vidro de sílica, que formam a espinha dorsal da rede global de telecomunicações. Esse novo método de fabricação não só simplificou a produção dessas fibras, mas também possibilitou designs e aplicações que antes não eram possíveis.

"A produção de fibra ótica de sílica envolve o processo intensivo de mão-de-obra de girar tubos em um torno, que requer que o núcleo ou núcleos da fibra sejam precisamente centrados, "explicou John Canning, que liderou a equipe de pesquisa da University of Technology em Sydney." Com a manufatura aditiva, não há necessidade de centralizar a geometria da fibra. Isso remove uma das maiores limitações no design da fibra e reduz muito o custo de fabricação da fibra. "

No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , O grupo de Canning, em colaboração com a equipe de pesquisa de Gang-Ding Peng na University of New South Wales em Sydney, relata as primeiras fibras de vidro de sílica extraídas de pré-formas impressas em 3-D.

"Abordagens de manufatura aditiva, como impressão 3-D, são adequadas para mudar toda a abordagem do design e finalidade da fibra, "disse Canning." Isso poderia, por exemplo, ampliar as aplicações de sensores de fibra óptica, que superam em muito os equivalentes eletrônicos em termos de longevidade, calibração e manutenção, mas não foram amplamente implantadas devido à sua fabricação cara. "

Tradução da impressão 3D de polímero para vidro

A nova conquista se baseia em um trabalho anterior em que os pesquisadores usaram um material polimérico para demonstrar a primeira fibra extraída de uma pré-forma impressa em 3-D. A aplicação dessa abordagem à sílica mostrou-se desafiadora devido aos imensos desafios do material, incluindo as altas temperaturas - mais de 1900 graus Celsius - necessárias para imprimir vidro 3-D.

"Graças a uma nova combinação de materiais e integração de nanopartículas, mostramos que é possível imprimir em 3-D uma pré-forma de sílica, "disse Canning." Esperamos que este avanço traga uma enxurrada de atividades, incluindo outras abordagens de manufatura aditiva, para acelerar este campo. "

No novo trabalho, os pesquisadores usaram uma impressora 3D de projeção de luz direta disponível no mercado. Este tipo de manufatura aditiva é extremamente preciso e normalmente usado para criar objetos de polímero usando um projetor de luz digital para polimerizar monômeros foto-reativos. Para criar um objeto de sílica, os pesquisadores adicionaram nanopartículas de sílica ao monômero em quantidades de 50 por cento ou mais em peso. Eles projetaram um objeto cilíndrico impresso em 3-D que continha um orifício para um núcleo. Eles então inseriram uma mistura semelhante de polímero e nanopartículas no orifício, desta vez adicionando germanossilicato às nanopartículas de sílica para criar um índice de refração mais alto. Desta maneira, a integração de uma gama de dopantes torna-se possível.

Próximo, os pesquisadores usaram uma etapa de aquecimento única chamada debinding para remover o polímero e deixar para trás apenas as nanopartículas de sílica, que são mantidos juntos por forças intermoleculares. Finalmente, aumentar a temperatura fundiu ainda mais as nanopartículas em uma estrutura sólida que poderia ser inserida em uma torre de tração, onde é aquecida e puxada para criar a fibra óptica.

Os pesquisadores usaram sua nova técnica para fabricar uma pré-forma equivalente a uma fibra de germanossilicato padrão que poderia ser usada para criar fibras multimodo ou monomodo, dependendo das condições de desenho. Embora eles tenham observado grandes perdas de luz nas fibras ópticas fabricadas inicialmente, desde então, identificaram as causas dessas perdas e estão trabalhando para resolvê-las.

"A nova técnica funcionou surpreendentemente bem e pode ser aplicada a uma variedade de processamento de material de vidro para melhorar outros tipos de componentes ópticos, "disse Canning." Com mais melhorias para limitar as perdas de luz, esta nova abordagem pode substituir potencialmente o método convencional baseado em torno de fazer fibras ópticas de sílica. Isso não apenas reduziria os custos de fabricação e material, mas também reduziria os custos de mão de obra porque o treinamento e os riscos são reduzidos. "

Os pesquisadores estão interessados ​​em trabalhar com uma grande empresa de fabricação de fibras comerciais para melhorar e comercializar a tecnologia. Eles também planejam explorar outros métodos para acelerar a impressão 3D, refinando-a para diferentes aplicações.