Освоена 3-D печать объектов из стекла
Команда исследователей Технологического института Карлсруэ в Германии разработала способ создания трёхмерных объектов для печати из чистого стекла. В статье, опубликованной в журнале Nature, группа описывает технику и способы, которые могут быть использован. За несколько последних лет трёхмерная печать улучшилась, и цены упали. Объекты, созданные 3-D принтерами, стали обычным явлением во всём мире, от научно-исследовательских институтов до самоделок-любителей.
Несмотря на всю популярность, у таких принтеров была одна вопиющая слабость — невозможность печатать стеклянные объекты — трёхмерные принтеры сегодня печатают объекты, сделанные из пластмасс, керамики и даже металла, но не из стекла, что является позором, отмечают исследователи. Стекло обладает многими преимуществами: стойкость к термическим и химическим повреждениям. И, конечно, стеклянные изделия прозрачны. Но теперь, похоже, всё изменилось, так как команда из Германии нашла способ печатать стеклянные объекты, используя обычные 3-D принтеры.
Новая технология позволяет создавать трёхмерные печатные объекты на основе создания «жидкого стекла» — стеклянный нанокомпозит со стеклянными наночастицами, взвешенными в фотоотверждаемом форполимере. На практике наночастицы песчаного стекла смешивают с жидким раствором, и результаты затем используют в качестве «чернил» для принтера. После печати традиционным способом стеклянный предмет переносится в печь, где стекло отвердевает и сжигаются другие посторонние материалы. В результате получается предмет из чистого прозрачного стекла.
Исследователи отмечают, что размер и точность печатных объектов ограничены только точностью используемого принтера. Чтобы продемонстрировать новую технику, исследователи напечатали крошечные крендели, крошечный замок и соты. Они предполагают, что новая техника будет использована для производства как очень больших, так и очень маленьких стеклянных предметов, от фасадов небоскребов до крошечных объективов камеры. Они также отмечают, что в один прекрасный день большинство людей будут владеть 3-D-принтером и из-за этого смогут создавать свои собственные стеклянные объекты, такие как тонкая стеклянная посуда или декоративные окна.
Стекло является одним из наиболее важных высокоэффективных материалов, используемых в промышленности и в обществе, главным образом благодаря своей непревзойдённой оптической прозрачности, выдающейся механической, химической и термической стойкости, а также своим тепловым и электроизоляционным свойствам. Однако стекло и, особенно, стекла высокой степени чистоты, такие как плавленое кварцевое стекло, как правило, трудно поддаются формованию, что требует высокотемпературных процессов плавления и литья для макроскопических объектов или опасных химических веществ для микроскопических признаков.
Эти недостатки сделали стекло недоступным современным технологиям 3-D производства. Используя литейный нанокомпозит, здесь мы создаём прозрачные компоненты из плавленого кварцевого стекла с использованием стереолитографических 3D-принтеров с разрешением в несколько десятков микрометров. В этом процессе используется фотоотверждаемый нанокомпозит на основе диоксида кремния, который печатается на трёхмерной основе и преобразуется в высококачественное плавленое кварцевое стекло посредством термообработки.
Печатное стекло из кварцевого стекла является непористым, с оптической прозрачностью промышленного плавленого кварцевого стекла и имеет гладкую поверхность с шероховатостью в несколько нанометров. При легировании металлическими солями могут быть созданы цветные стекла. Эта работа расширяет выбор материалов для 3D-печати, позволяя создавать произвольные макро- и микроструктуры из плавленого кварцевого стекла для многих применений как в промышленности, так и в научных кругах.
