導讀：研究人員已經開發(fā)出一種利用3D打印來創(chuàng)建一個預制體的方法，它可以被繪制成硅玻璃光纖，而硅玻璃光纖是全球電信網絡的骨干。這種新的制造方法不僅可以簡化這些纖維的生產，而且可以實現(xiàn)以前不可能的設計和應用。
研究人員使用一種稱為直接光投射（DLP）的3D打印方法來制作二氧化硅纖維預制體。他們制造了階躍折射率纖維（a）和結構化預制棒（b）的預制體。然后將這些預成型件放在拉絲塔中（中圖）以制成最終的光纖（右）。橙色插圖顯示了階躍折射率纖維的橫截面。
據(jù)《3D打印商情》了解，一個由澳大利亞和中國的工程師組成的團隊日前開發(fā)出了可拉伸成纖維的光學二氧化硅預制體的3D打印方法。該團隊在《光學學會》雜志《光學快報》上發(fā)表了他們的研究。
毫不夸張地說，光學二氧化硅纖維是世界經濟中最重要的材料之一。高速互聯(lián)網依賴于它們，然而，制造它們是勞動密集且精確的過程。
這種新技術由悉尼科技大學的約翰·坎寧（John Canning）領導的研究團隊開發(fā)，并與新南威爾士大學的Dang-Dean Peng以及哈爾濱工程大學和燕山大學的同事合作，研制出了一種由光學二氧化硅制成的預制體，可以用一種更簡單、更便宜的方法制成纖維。
坎寧解釋說：“制造二氧化硅光纖涉及在車床上進行紡絲的勞動密集型過程，這要求光纖的纖芯精確地居中?！?“通過增材制造，無需以纖維的幾何形狀為中心。這消除了光纖設計的最大限制之一，并大大降低了光纖制造成本?！?/span>
坎寧說：“像3D打印這樣的附加制造方法非常適合改變纖維設計和用途的整個方法?！崩?，這將擴大光纖傳感器的應用范圍。在壽命、校準和維護方面，光纖傳感器的性能遠遠優(yōu)于電子等價物，但由于制造成本昂貴，這些傳感器尚未得到廣泛應用。
這項研究建立在早期工作的基礎上，研究人員使用一種聚合物材料演示了從3D打印預制體中提取的第一根纖維，但是將技術擴展到二氧化硅需要大量的額外創(chuàng)新：尤其是3D打印玻璃所需的超過1900°C的高溫。
該團隊使用了市售的DLP 3D打印機，該打印機通常用于聚合光反應性單體，并在其中裝載了二氧化硅納米粒子以及重量百分比大于50％的單體。然后，他們打印了一個圓柱狀的空心物體，隨后將它們填充了相同單體和二氧化硅納米粒子的類似混合物，但在這種情況下，向混合物中添加了鍺硅酸鹽摻雜劑以增加折射率。
制成預制體后，他們隨后執(zhí)行了一個加熱步驟以去除聚合物粘合劑，從而使納米顆粒通過分子間的力粘合在一起。升高溫度進一步將納米顆粒融合在一起成為固體結構。然后可以將其加熱并在拉絲塔中拉出，以產生光纖。
最初的實驗生產出具有高光損耗特性的光纖，但是研究小組已經找到了造成這些損耗的原因，并正在努力解決這些問題。
坎寧說：“這項新技術出奇地出色，可以應用于一系列玻璃材料加工中，以改善其他類型的光學組件?！?“通過進一步改進以限制光損耗，這種新方法有可能取代傳統(tǒng)的基于車床的二氧化硅光纖制造方法。這不僅可以減少制造和材料成本，還可以降低人工成本，因為減少了培訓和危害?！?/span>
研究人員有興趣與一家主流商業(yè)光纖制造公司合作，以改進這項技術并將其商業(yè)化。他們還計劃探索其他加速3D打印的方法，方法是針對不同的應用對3D打印進行改進。
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