Stampa 3D diretta di vetro fosfato mediante modellizzazione a deposizione fusa

I ricercatori del laboratorio ICMCB-CNRS e dell’Università di Bordeaux hanno sviluppato un metodo di stampa 3D del vetro fosfato tramite la tecnologia FDM.

Tirando prima il filamento di vetro usando una torre di disegno in fibra, i ricercatori sono stati in grado di estrudere geometrie complesse mantenendo le proprietà di fotoluminescenza del materiale. Il team ritiene che il suo approccio diretto alla fabbricazione del vetro trasparente dia origine alla possibilità di componenti ottici all’avanguardia e nuovi dispositivi biomedici.

Il vetro fosfato è un esempio di vetro ottico, un materiale con proprietà di rifrazione che lo rende perfetto per lenti, fibre ottiche e altri componenti nei sistemi ottici. La stampa 3D di tale materiale ha in gran parte eluso gli scienziati per molti anni a causa di indesiderate modifiche dell’opacità e di alcuni fenomeni di cristallizzazione.

Secondo i ricercatori, qualsiasi tentativo semi riuscito in passato è stato frenato dalla loro sfortunata mancanza di risoluzione o densità. La capacità di produrre in modo additivo un oggetto di vetro ad alta densità e con risoluzione sub-millimetrica consentirebbe un’intera serie di dispositivi fotonici complessi dal punto di vista geometrico, l’obiettivo finale dello studio di Bordeaux.

La prima fase dello studio prevedeva lo sviluppo del filamento di vetro fosfato di base. Il materiale è stato appositamente formulato in un crogiolo di platino a 800 ° C prima di essere tirato in un’asta di spessore 1,9 mm. A causa delle temperature insolitamente elevate richieste per fondere ed estrudere il vetro fosfato, il team ha dovuto equipaggiare un clone Prusa i3 entry-level con un hot end personalizzato e un piano di stampa. Con alcune pesanti modifiche, la stampante potrebbe eventualmente gestire l’ugello a 470 ° C e le temperature del letto a 320 ° C necessarie per far funzionare l’esperimento.

Studiando una serie di parametri di stampa nello studio, il team è riuscito a raggiungere una densità incredibilmente elevata del 99,98% ed ha evitato la dispersione della luce indesiderata all’interno della parte. Una caratterizzazione microstrutturale sistematica completa è stata condotta con immagini SEM e tomografia a raggi X, rivelando spessori di strato nella regione di 100 micron e larghezze di linea di circa 600 micron. Il team ha anche trovato una correlazione tra qualità del legame inter-linea e trasmissione della luce.

Le strutture stampate presentavano una porosità molto bassa di circa lo 0,02%. Immagine via Università di Bordeaux.
Le strutture stampate presentavano una porosità molto bassa di circa lo 0,02%. Immagine tramite l’Università di Bordeaux.
Forse il risultato più notevole nello studio è stato il fatto che le strutture di vetro stampato hanno mantenuto le loro proprietà di luminescenza ottica, il che significa che hanno mostrato una trasmissione della luce omogenea in tutto. Questa proprietà è assolutamente cruciale in qualsiasi sistema ottico ad alta tecnologia, quindi il lavoro mostra un grande potenziale nel fornire un metodo economico per la produzione di componenti per uso finale.

Ulteriori dettagli dello studio sono disponibili nel documento intitolato ” Stampa 3D diretta di vetro fosfato mediante modellizzazione a deposizione fusa “. È co-autore di Reda Mohammed Zaki, Clément Strutynski, Simon Kaser e altri.

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