3D打印技術(shù)似乎要在光纖制造行業(yè)掀起一場(chǎng)革命。上個(gè)月南安普頓大學(xué)的科學(xué)家使用3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)和形狀的光纖的新聞。近日，悉尼大學(xué)又爆出消息，該校的一隊(duì)科學(xué)家找到了一種使用3D打印技術(shù)制造光纖的新方法，這種方法不僅能夠節(jié)省成本和勞力，而且增加了光纖可能的形狀和可使用的材料。

悉尼大學(xué)這項(xiàng)研究成果已經(jīng)發(fā)表在了《OSA Optics Letters》雜志上，論文題目是《用3D打印的預(yù)制棒拉制的空心結(jié)構(gòu)光纖（Air-structured optical fibre drawn from a 3D-printed preform）》。該校的這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)實(shí)際上用普通的FDM桌面3D打印技術(shù)創(chuàng)造了一種新的預(yù)制棒（光纖都是用預(yù)制棒拉制成的）。

該研究團(tuán)隊(duì)由悉尼大學(xué)跨學(xué)科光子實(shí)驗(yàn)室（iPL）的John Canning教授領(lǐng)導(dǎo)。這個(gè)團(tuán)隊(duì)首先使用Inventor軟件設(shè)計(jì)出預(yù)制棒的形狀，然后用澳大利亞本地廠商Deltastine生產(chǎn)的一臺(tái)Redback-2桌面3D打印機(jī)打印了出來(lái)。當(dāng)然，由于是用于光學(xué)研究，科學(xué)家們?cè)谑袌?chǎng)上仔細(xì)挑選了一款名為SBP的透明線材作為打印材料。所謂的SBP，實(shí)際上是用苯乙烯—丁二烯共聚物和聚苯乙烯制成的改性ABS。研究人員在論文中指出，之所以選擇SBP，是因?yàn)樗耐该鞫?、柔韌性，而且扭曲時(shí)不會(huì)變色。

這些3D打印好的預(yù)制棒再用計(jì)算機(jī)化的拉絲塔拉伸稱(chēng)成薄光纖。盡管由于之前從沒(méi)有使用SBP材料制作過(guò)光纖，研究團(tuán)隊(duì)遇到了一些波折，但是最終的結(jié)果是驚人的。研究人員任意選擇了一種預(yù)制棒的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是由實(shí)芯周?chē)鼑?/span>6個(gè)管狀洞。他們最初打印的是1.6厘米直徑、10厘米長(zhǎng)。但是在拉制之后的纖維，有一根直徑為712微米另一根為605微米（由于打印設(shè)置和材料的一些問(wèn)題，該纖維截面為橢圓形狀）。更重要的是，即使在如此微小的尺度之下，它們?nèi)匀槐３窒嗤男螤?，這樣光能夠以電信傳輸頻帶的形式穿過(guò)它們。換句話說(shuō)，科學(xué)家們證明了使用3D打印制作具有獨(dú)特形狀的光纜以用于電信應(yīng)用的可能性。

當(dāng)然，這只是實(shí)現(xiàn)3D打印光纖的第一步，研究團(tuán)隊(duì)未來(lái)還有很多工作要做，包括改進(jìn)3D打印機(jī)的設(shè)置、確認(rèn)拉伸SBP材料所需要的準(zhǔn)確溫度等，以及更加令人興奮的是，探索用這種技術(shù)制造出各種可能形狀的光纖及其用途。該論文還描述了將這種塑料材質(zhì)的3D打印光纖用于醫(yī)療設(shè)備的可能性。

當(dāng)Canning教授被問(wèn)到他想要?jiǎng)?chuàng)造什么樣的我問(wèn)甘寧教授什么樣的幾何形狀時(shí)，他立刻舉出了菲涅爾透鏡（又名螺紋透鏡）的例子（不過(guò)這種光學(xué)元件已經(jīng)能夠被LUXeXcel公司的光學(xué)3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了）。“就今后的幾何形狀而言，”Canning教授解釋說(shuō)，“3D打印的神奇在于，原則上，你可以實(shí)現(xiàn)任何幾何形狀——這已經(jīng)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。通常在聚合物中，人們會(huì)用CNC銑床鉆孔，但這是有缺陷的。通常對(duì)于周期性的結(jié)構(gòu)，比如光子晶體纖維，通常會(huì)用毛細(xì)管堆疊的方式獲得，但是這種方法無(wú)法在光纖的2D橫截面上形成周期性的結(jié)構(gòu)，最好的解決方案是制造出不是周期性、但屬于準(zhǔn)周期的結(jié)構(gòu)，就像菲涅耳纖維上的那樣。我們?cè)?jīng)是第一家引入鉆孔技術(shù)的，諷刺的是，為了制作出第一根菲涅爾纖維我們也曾經(jīng)在二氧化硅（玻璃）上鉆孔——結(jié)果為了在一根5厘米長(zhǎng)的無(wú)開(kāi)裂預(yù)制棒上鉆一個(gè)結(jié)構(gòu)我們整整花了10個(gè)小時(shí)。”

LUXeXcel公司3D打印的菲涅爾透鏡。

Canning教授接著指出，玻璃3D打印技術(shù)將徹底改變光纖的制造方式。“這是顯而易見(jiàn)的，盡管在我們的論文里使用的是成本非常低的聚合物熔融沉積技術(shù)，這也限制了分辨率和孔尺寸（作為一名科學(xué)家他不得不在現(xiàn)實(shí)的預(yù)算范圍進(jìn)行研究），但它畢竟清楚地說(shuō)明了為什么它會(huì)徹底改變光纖制造（即使是實(shí)芯光纖）。特別是當(dāng)玻璃3D打印機(jī)加入這一行列時(shí)——我認(rèn)為3D打印為光纖研究和光纖的制造帶來(lái)了一個(gè)激動(dòng)人心的未來(lái)。”