Una nuova tecnica di stampa 3D con inchiostri speciali estrusi ottengono provini con proprietà ottiche di alto livello

Un entusiasmante nuovo traguardo nel campo dell’ottica stampata in 3D è stato recentemente raggiunto da un team di ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) della California. Scienziati e ingegneri che hanno lavorato al progetto di ottica hanno sviluppato una nuova tecnica di stampa 3D che utilizzava inchiostri speciali, che venivano estrusi da una stampante personalizzata. Hanno stampato con successo piccoli provini con proprietà ottiche di alto livello, alla pari di molti prodotti in vetro disponibili in commercio. È stato ora depositato un brevetto per l’innovativo processo di stampa 3D.

Abbiamo già parlato in precedenza del lavoro di stampa 3D stampato di LLNL. Molte tecniche di ottica stampata in 3D sono state provate in passato, con nomi come Fraunhofer IOF e Micron3DP, spesso facendo uso di filamenti di vetro e processi SLA avanzati. I ricercatori di LLNL sono stati tra i primi a suggerire l’uso di inchiostri di stampa 3D personalizzati per migliorare la tecnica di deposizione FDM per la produzione del vetro.

Una difficoltà con l’ottica di stampa che esegue in modo efficace è che l’indice di rifrazione del vetro è sensibile alla sua storia termica. Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno scelto di depositare uno speciale materiale sviluppato da LLNL in forma di pasta, e quindi di scaldare l’intera stampa per formarla correttamente. Ciò significava che il vetro era in grado di mantenere un indice di rifrazione uniforme, eliminando così ogni distorsione ottica che potrebbe portare a un degrado della funzione ottica.

Gli inchiostri di stampa 3D personalizzati erano formati da una sospensione di diverse particelle di silice e di silice-titania. Sono stati messi a punto per consentire la stampa di occhiali con proprietà termiche e meccaniche specifiche e prestazioni ottiche elevate.

“I componenti stampati dal vetro fuso spesso mostrano la consistenza del processo di stampa 3D, e anche se si dovesse lucidare la superficie, si vedrebbero comunque prove del processo di stampa all’interno del materiale sfuso”, ha detto l’ingegnere chimico LLNL Rebecca Dylla-Spears, il principale investigatore del progetto. “Questo approccio ci consente di ottenere l’omogeneità dell’indice necessaria per l’ottica. Ora possiamo prendere questi componenti e fare qualcosa di interessante.”

I pezzi di prova iniziali che erano stati stampati erano piccoli, ma ora la tecnica è stata dimostrata, molte possibili applicazioni sono aperte per i test. Le ottiche possono essere realizzate con strutture geometriche e modifiche compositive che erano irraggiungibili con metodi di produzione più convenzionali. Ad esempio, la tecnica di stampa 3D potrebbe essere utilizzata per realizzare lenti con indice di rifrazione gradiente che potrebbero essere levigate, il che sostituirà le più costose tecniche di lucidatura utilizzate per le lenti curve tradizionali.

I ricercatori di LLNL coinvolti in questo studio hanno incluso Nikola Dudukovic, Michael Johnson, Du Nguyen, Timothy Yee, Garth Egan, April Sawvel, William Steele, Lana Wong, Paul Ehrmann, Theodore Baumann, Eric Duoss e Tayyab Suratwala. Il loro lavoro è stato dettagliato in un documento dal titolo “Occhiali 3D di qualità ottica stampata silice e silice-titania da materiali di alimentazione sol-gel”, pubblicato sulla rivista Advanced Materials Technologies .

“La produzione additiva ci dà un nuovo grado di libertà di combinare materiali ottici in modi che non potevamo fare prima”, ha detto Dylla-Spears. “Si apre un nuovo spazio di design che non è mai esistito in passato, consentendo di progettare sia la forma ottica che le proprietà ottiche all’interno del materiale.”

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