Чернила для 3D печати из чистого кварцевого стекла

Чернила для 3D печати из чистого кварцевого стекла

Технология позволит создавать неповторимые стеклянные изделия, которые сложно или даже невозможно изготовить путём традиционного стеклодувного производства.

Прозрачные кружева

До недавнего времени с помощью 3D-печати можно было получать качественные изделия только из полимеров, керамики и металлов. Хотя стекло тоже очень полезный и востребованный материал: оно является хорошим изолятором, оптически прозрачно, устойчиво к воздействию многих химических веществ и температуры. Однако создание изделий из стекла высокой чистоты является затруднительным.

Основная проблема заключается в том, что для размягчения стекла до состояния, в котором можно изменять его форму, необходима температура не менее 1000°С.
Немецкие химики разработали «чернила» для 3D-принтера, позволяющие печатать изделия из чистого и прозрачного кварцевого стекла с довольно хорошим разрешением в десятки микрометров. Новая технология позволит наладить производство элементов оптических схем и создавать неповторимые стеклянные изделия, которые сложно или даже невозможно изготовить путём традиционного стеклодувного производства.

Ранее уже предпринимались попытки трехмерной печати изделий из стекла, однако подача в рабочие блоки устройства для трехмерной печати стеклянных волокон или частиц оксида кремния с последующим их спеканием хоть и позволяла получать стеклянные детали, но их послойное разрешение составляло миллиметры, их поверхность была груба, что однозначно не позволяло применять технику трёхмерной печати для изготовления компонентов оптических схем.

Новая технология способна создавать гладкие и прозрачные структуры, предлагая характеристики всего в несколько десятков микрометров. Напечатанный новыми «стеклянными чернилами» крендель из стекла в самом тонком месте имеет толщину 2 мм, длина самого «кренделька» составляет 2,5 см, и далеко не каждому профессиональному стеклодуву по силам изготовить такое с первого раза.

И хотя исследователи использовали новую технику для создания крошечных изделий, они уверены, что могут использовать их для создания структур с высоким оптическим качеством, подходящих для проектирования сложных линз и фильтров. Ведь из-за сложностей в процессе обработки стекла многие производители мобильных устройств предпочитают изготавливать оптические элементы камер мобильных телефонов из полимеров, хотя те значительно уступают по оптическим свойствам.

Прозрачность напечатанных изделий из кварцевого стекла настолько высока, что разработанная технология сможет значительно упростить изготовление фотонных кристаллов. Фотонные кристаллы представляют собой наноструктуры с периодически изменяющимися оптическими свойствами. Они применяются в лазерной технике, оптических волноводах, а также перспективны для создания оптических компьютеров. Новый способ печати стекла может пригодиться и для создания стеклянных микрокапиллярных реакторов, применяющихся в лабораториях для непрерывного поточного синтеза органических веществ, включая и те, которые обладают фармакологической активностью. Применяющиеся в настоящее время реакторы такого типа из металла и полимеров оказываются бесполезными, когда реакции проводятся при высоких давлениях или температурах.

В настоящее время идут работы над изменением состава «стеклянных чернил», чтобы получить возможность печатать изделия не только из кварцевого стекла, но и из других его видов, в частности из пуленепробиваемого.

nature.com