Los investigadores han desarrollado una forma de utilizar la impresión 3-D para crear una preforma que se pueda dibujar en fibras ópticas de vidrio de sílice. que forman la columna vertebral de la red mundial de telecomunicaciones. Este nuevo método de fabricación no solo podría simplificar la producción de estas fibras, sino también permitir diseños y aplicaciones que antes no eran posibles.

"La fabricación de fibra óptica de sílice implica el proceso laborioso de girar tubos en un torno, que requiere que el núcleo o núcleos de la fibra estén centrados con precisión, ", explicó John Canning, quien dirigió el equipo de investigación de la Universidad de Tecnología de Sydney." Con la fabricación aditiva, no es necesario centrar la geometría de la fibra. Esto elimina una de las mayores limitaciones en el diseño de la fibra y reduce en gran medida el costo de fabricación de la fibra ".

En la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica , El grupo de Canning, en colaboración con el equipo de investigación de Gang-Ding Peng en la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney, informan sobre las primeras fibras de vidrio de sílice extraídas de preformas impresas en 3D.

"Los enfoques de fabricación aditiva, como la impresión 3D, son adecuados para cambiar todo el enfoque del diseño y el propósito de la fibra, "dijo Canning." Esto podría, por ejemplo, ampliar las aplicaciones de los sensores de fibra óptica, que superan con creces a los equivalentes electrónicos en términos de longevidad, calibración y mantenimiento, pero no se han implementado ampliamente debido a su costosa fabricación ".

Traducir la impresión 3D de polímeros a vidrio

El nuevo logro se basa en trabajos anteriores en los que los investigadores utilizaron un material polimérico para demostrar la primera fibra extraída de una preforma impresa en 3D. La aplicación de este enfoque a la sílice ha demostrado ser un desafío debido a los inmensos desafíos de los materiales, incluidas las altas temperaturas, más de 1900 grados Celsius, necesarias para imprimir vidrio en 3D.

"Gracias a una combinación novedosa de materiales y la integración de nanopartículas, hemos demostrado que es posible imprimir en 3D una preforma de sílice, ", dijo Canning." Esperamos que este avance traiga una ráfaga de actividad, incluyendo otros enfoques de fabricación aditiva, para acelerar este campo ".

En el nuevo trabajo los investigadores utilizaron una impresora 3D de proyección de luz directa disponible comercialmente. Este tipo de fabricación aditiva es extremadamente precisa y normalmente se utiliza para crear objetos poliméricos mediante el uso de un proyector de luz digital para polimerizar monómeros fotorreactivos. Para crear un objeto de sílice, los investigadores agregaron nanopartículas de sílice al monómero en cantidades del 50 por ciento o más en peso. Diseñaron un objeto cilíndrico impreso en 3-D que contenía un agujero para un núcleo. Luego insertaron una mezcla similar de polímero y nanopartículas en el agujero, esta vez agregando germanosilicato a las nanopartículas de sílice para crear un índice de refracción más alto. De este modo, se hace posible la integración de una gama de dopantes.

Próximo, Los investigadores utilizaron un paso de calentamiento único llamado desaglomeración para eliminar el polímero y dejar solo las nanopartículas de sílice. que se mantienen unidos por fuerzas intermoleculares. Finalmente, el aumento de la temperatura fusionó aún más las nanopartículas en una estructura sólida que podría insertarse en una torre de extracción donde se calienta y se tira para crear la fibra óptica.

Los investigadores utilizaron su nueva técnica para fabricar una preforma equivalente a una fibra de germanosilicato estándar que podría usarse para crear fibras multimodo o monomodo. dependiendo de las condiciones del dibujo. Aunque observaron altas pérdidas de luz en las fibras ópticas fabricadas inicialmente, Desde entonces, han identificado las causas de estas pérdidas y están trabajando para abordarlas.

"La nueva técnica funcionó sorprendentemente bien y se puede aplicar a una variedad de procesamiento de material de vidrio para mejorar otros tipos de componentes ópticos, ", dijo Canning." Con más mejoras para limitar las pérdidas de luz, este nuevo enfoque podría reemplazar potencialmente el método convencional basado en tornos para fabricar fibras ópticas de sílice. Esto no solo reduciría los costos de fabricación y materiales, sino que también reduciría los costos de mano de obra porque se reducen la capacitación y los riesgos ".

Los investigadores están interesados ​​en trabajar con una empresa comercial de fabricación de fibra para mejorar y comercializar la tecnología. También planean explorar otros métodos para acelerar la impresión 3D refinándola para diferentes aplicaciones.