Los investigadores han desarrollado un nuevo proceso basado en láser para imprimir en 3D piezas complejas de vidrio. Con un mayor desarrollo, el nuevo método podría ser útil para hacer ópticas complejas para la visión, imagen iluminación o aplicaciones basadas en láser.

"La mayoría de los procesos de impresión 3D crean un objeto capa por capa, ", dijo el líder del equipo de investigación Laurent Gallais del Instituto Fresnel y Ecole Centrale Marseille en Francia." Nuestro nuevo proceso evita las limitaciones de estos procesos mediante el uso de un rayo láser para transformar, o polimerizar, un precursor líquido en vidrio sólido ".

En la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica , Gallais y los miembros del equipo de investigación Thomas Doualle y Jean-Claude Andre demuestran cómo utilizaron la nueva técnica para crear objetos detallados en un volumen 3-D sin utilizar el enfoque clásico de capa por capa. Usando este enfoque, crearon una variedad de objetos de vidrio de sílice, como modelos en miniatura de una bicicleta y la Torre Eiffel sin poros ni grietas.

El enfoque de impresión 3-D se basa en la polimerización multifotónica, que asegura que la polimerización, un proceso que une las moléculas de monómero líquido en un polímero sólido, solo tiene lugar en el punto focal láser preciso. Permite la fabricación directa de piezas tridimensionales que varían en tamaño desde unas pocas micras hasta decenas de centímetros con una resolución que teóricamente solo está limitada por la óptica utilizada para dar forma al rayo láser.

"El vidrio es uno de los materiales principales que se utilizan para fabricar ópticas, ", dijo Gallais." Nuestro trabajo representa un primer paso hacia el desarrollo de un proceso que algún día podría permitir a los científicos imprimir en 3D los componentes ópticos que necesitan ".

Encontrar el material adecuado

El uso de un enfoque tradicional capa por capa para construir objetos de vidrio 3-D tiene varias limitaciones. La velocidad del proceso de impresión está limitada por el tiempo que lleva construir las capas, y puede resultar difícil crear capas con espesores consistentes cuando se utilizan resinas muy viscosas. La fabricación de piezas complejas normalmente requiere soportes, que debe colocarse con precisión y luego retirarse una vez que el objeto se endurece.

Aunque se puede utilizar la polimerización multifotónica para evitar el enfoque capa por capa, La impresión 3D de objetos de vidrio requiere un material que sea transparente a la longitud de onda del láser tanto durante la fase líquida inicial como una vez polimerizado. También debe absorber la luz láser a la mitad de la longitud de onda del láser para iniciar el proceso de polimerización multifotónica.

Para lograr esto, los investigadores utilizaron una mezcla que contenía un iniciador fotoquímico para absorber la luz láser, una resina y una alta concentración de nanopartículas de sílice. Además de funcionar bien con el láser, La alta viscosidad de esta mezcla permite que se forme una pieza 3D sin problemas de deformación ni soportes para mantener el objeto en su lugar durante la impresión 3D.

"Críticos para la técnica fueron los láseres ultracortos de alta potencia basados ​​en la tecnología de amplificación de pulso chirriante de Strickland y Mourou, reconocida con un premio Nobel en 2018, ", dijo Gallais." Sólo los pulsos intensos y muy cortos crearán una fotopolimerización no lineal con alta precisión y sin efectos térmicos ".

Probando el proceso

Después de validar que se podría crear un objeto sólido utilizando las mezclas de nanopartículas de sílice, los investigadores utilizaron su enfoque de impresión 3D para crear objetos con formas complejas. También aplicaron un proceso que transforma las piezas polimerizadas en vidrio.

"Nuestro enfoque podría potencialmente usarse para producir casi cualquier tipo de objeto de vidrio 3-D, "dijo Gallais." Por ejemplo, estamos explorando la posibilidad de producir piezas de vidrio que puedan utilizarse en relojes de lujo o frascos de perfume ".

Los investigadores están trabajando para hacer que la técnica sea más práctica y reducir los costos al experimentar con fuentes láser menos costosas. por ejemplo. También quieren optimizar el proceso para mejorar la calidad de la superficie y disminuir la rugosidad.