Os pesquisadores desenvolveram um novo processo baseado em laser para a impressão 3-D de peças intrincadas feitas de vidro. Com mais desenvolvimento, o novo método pode ser útil para fazer óticas complexas para a visão, imagem, iluminação ou aplicações baseadas em laser.

"A maioria dos processos de impressão 3-D constroem um objeto camada por camada, "disse o líder da equipe de pesquisa Laurent Gallais do Instituto Fresnel e Ecole Centrale Marseille, na França." Nosso novo processo evita as limitações desses processos usando um feixe de laser para transformar - ou polimerizar - um precursor líquido em vidro sólido. "

No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , Gallais e os membros da equipe de pesquisa Thomas Doualle e Jean-Claude Andre demonstram como eles usaram a nova técnica para criar objetos detalhados em um volume 3-D sem usar a abordagem clássica camada por camada. Usando essa abordagem, eles criaram uma variedade de objetos de vidro de sílica, como modelos em miniatura de uma bicicleta e a Torre Eiffel, sem poros ou rachaduras.

A abordagem de impressão 3-D é baseada na polimerização multifotônica, que garante essa polimerização, um processo que liga as moléculas de monômero líquido em um polímero sólido, ocorre apenas no ponto focal preciso do laser. Ele permite a fabricação direta de peças 3-D que variam em tamanho de alguns mícrons a dezenas de centímetros com uma resolução que é teoricamente limitada apenas pela ótica usada para moldar o feixe de laser.

"O vidro é um dos principais materiais usados ​​para fazer óptica, "disse Gallais." Nosso trabalho representa um primeiro passo para o desenvolvimento de um processo que poderá um dia permitir que os cientistas imprimam em 3-D os componentes ópticos de que precisam ".

Encontrando o material certo

O uso de uma abordagem tradicional de camada por camada para construir objetos de vidro 3-D apresenta várias limitações. A velocidade do processo de impressão é limitada pelo tempo que leva para construir as camadas, e pode ser difícil criar camadas com espessuras consistentes ao usar resinas altamente viscosas. Fazer peças complexas normalmente requer suportes, que deve ser posicionado com precisão e, em seguida, removido quando o objeto endurece.

Embora a polimerização multifotônica possa ser usada para evitar a abordagem de camada por camada, A impressão 3D de objetos de vidro requer um material que seja transparente no comprimento de onda do laser, tanto durante a fase líquida inicial quanto após a polimerização. Ele também deve absorver a luz do laser na metade do comprimento de onda do laser para iniciar o processo de polimerização multifotônica.

Para conseguir isso, os pesquisadores usaram uma mistura contendo um iniciador fotoquímico para absorver a luz do laser, uma resina e alta concentração de nanopartículas de sílica. Além de funcionar bem com o laser, a alta viscosidade dessa mistura permite que uma peça 3-D seja formada sem problemas de deformação ou suportes para manter o objeto no lugar durante a impressão 3-D.

"Críticos para a técnica foram os lasers ultracurtos de alta potência baseados na tecnologia de amplificação de pulso chilreado de Strickland e Mourou, reconhecidos com um prêmio Nobel em 2018, "disse Gallais." Apenas pulsos intensos e muito curtos criarão fotopolimerização não linear com alta precisão e sem efeitos térmicos. "

Testando o processo

Depois de validar que um objeto sólido pode ser criado usando as misturas de nanopartículas de sílica, os pesquisadores usaram sua abordagem de impressão 3-D para criar objetos com formas complexas. Eles também aplicaram um processo que transforma as peças polimerizadas em vidro.

"Nossa abordagem poderia ser usada para produzir quase qualquer tipo de objeto de vidro 3-D, "disse Gallais." Por exemplo, estamos explorando a possibilidade de produzir peças de vidro que possam ser utilizadas em relógios de luxo ou frascos de perfume. "

Os pesquisadores estão trabalhando para tornar a técnica mais prática e reduzir custos, experimentando fontes de laser mais baratas, por exemplo. Eles também desejam otimizar o processo para melhorar a qualidade da superfície e diminuir a rugosidade.