中澳科研团队合作以3D打印降低光纤成本

来源:3D打印商情    关键词:3D打印,3D打印技术,3D打印运用,    发布时间:2019-11-01

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导读:研究人员已经开发出一种利用3D打印来创建一个预制体的方法,它可以被绘制成硅玻璃光纤,而硅玻璃光纤是全球电信网络的骨干。这种新的制造方法不仅可以简化这些纤维的生产,而且可以实现以前不可能的设计和应用。

研究人员使用一种称为直接光投射(DLP)的3D打印方法来制作二氧化硅纤维预制体。他们制造了阶跃折射率纤维(a)和结构化预制棒(b)的预制体。然后将这些预成型件放在拉丝塔中(中图)以制成最终的光纤(右)。橙色插图显示了阶跃折射率纤维的横截面。
据《3D打印商情》了解,一个由澳大利亚和中国的工程师组成的团队日前开发出了可拉伸成纤维的光学二氧化硅预制体的3D打印方法。该团队在《光学学会》杂志《光学快报》上发表了他们的研究。
毫不夸张地说,光学二氧化硅纤维是世界经济中最重要的材料之一。高速互联网依赖于它们,然而,制造它们是劳动密集且精确的过程。
这种新技术由悉尼科技大学的约翰·坎宁(John Canning)领导的研究团队开发,并与新南威尔士大学的Dang-Dean Peng以及哈尔滨工程大学和燕山大学的同事合作,研制出了一种由光学二氧化硅制成的预制体,可以用一种更简单、更便宜的方法制成纤维。
坎宁解释说:“制造二氧化硅光纤涉及在车床上进行纺丝的劳动密集型过程,这要求光纤的纤芯精确地居中。” “通过增材制造,无需以纤维的几何形状为中心。这消除了光纤设计的最大限制之一,并大大降低了光纤制造成本。”
    坎宁说:“像3D打印这样的附加制造方法非常适合改变纤维设计和用途的整个方法。”例如,这将扩大光纤传感器的应用范围。在寿命、校准和维护方面,光纤传感器的性能远远优于电子等价物,但由于制造成本昂贵,这些传感器尚未得到广泛应用。
这项研究建立在早期工作的基础上,研究人员使用一种聚合物材料演示了从3D打印预制体中提取的第一根纤维,但是将技术扩展到二氧化硅需要大量的额外创新:尤其是3D打印玻璃所需的超过1900°C的高温。
该团队使用了市售的DLP 3D打印机,该打印机通常用于聚合光反应性单体,并在其中装载了二氧化硅纳米粒子以及重量百分比大于50%的单体。然后,他们打印了一个圆柱状的空心物体,随后将它们填充了相同单体和二氧化硅纳米粒子的类似混合物,但在这种情况下,向混合物中添加了锗硅酸盐掺杂剂以增加折射率。
制成预制体后,他们随后执行了一个加热步骤以去除聚合物粘合剂,从而使纳米颗粒通过分子间的力粘合在一起。升高温度进一步将纳米颗粒融合在一起成为固体结构。然后可以将其加热并在拉丝塔中拉出,以产生光纤。
最初的实验生产出具有高光损耗特性的光纤,但是研究小组已经找到了造成这些损耗的原因,并正在努力解决这些问题。
坎宁说:“这项新技术出奇地出色,可以应用于一系列玻璃材料加工中,以改善其他类型的光学组件。” “通过进一步改进以限制光损耗,这种新方法有可能取代传统的基于车床的二氧化硅光纤制造方法。这不仅可以减少制造和材料成本,还可以降低人工成本,因为减少了培训和危害。”
    研究人员有兴趣与一家主流商业光纤制造公司合作,以改进这项技术并将其商业化。他们还计划探索其他加速3D打印的方法,方法是针对不同的应用对3D打印进行改进。