3D baskılı bir cam kalpten daha fazlası - 3D baskı teknolojisinde yeni bir atılım!
Yazar: Bally Sitan
Kristal berraklığında cam top. Resim kaynağı: 123RF
Cam, insanlık tarihinin en önemli ve güzel malzemelerinden biri olabilir. Kilisenin cam pencerelerinden Swarovski'ye kadar bu antik malzemenin güzelliği parlıyor.
Cam ürünler güzeldir ancak işlenmesi zordur. İlk olarak, yüksek sıcaklık gereklidir. Sıradan soda kireç camının işlenmesi 800 ila 1.000 santigrat derece gerektirir; kuvars cam ve temperli cam gibi özel camların işlenmesi de daha yüksek sıcaklıklar gerektirir. İkincisi, karmaşık yapıların genellikle elle düşük verimlilikle yapılması ve hassaslığın kontrol edilmesi zor olması gerekir. Hassas aletlerdeki cam gereksinimleri daha da yüksektir. Kesin yüzey desenleri genellikle hidroflorik asit (çok aşındırıcı bir kimyasal reaktif, "Breaking Toxic" ün ilk bölümüne bakın) veya lazer yüzey aşındırma kullanımını gerektirir, operasyon riskinden bahsetmeye gerek yok ve maliyet çok yüksektir. yüksek. Lensler gibi optik aletlerde kullanılan cam parçalar, camın son derece yüksek şeffaflığa ve netliğe sahip olmasını gerektirir. Günlük hayattaki cam çok şeffaf gibi görünse de içinde yine de bazı metal iyonları olacaktır ve bu da renk atmasına neden olacaktır. Camın şeffaflığını iyileştirmek için hammaddelerin saflığını artırmak gerekir. . Renkli iyonları mümkün olduğunca demir, kobalt ve manganez gibi hammaddelerden çıkarmaya çalışın.
Louvre piramitlerinde kullanılan cam, son derece yüksek şeffaflık elde etmek ve ortamın renginin kendisinin renk vermemesini sağlamak için, tasarımcı Pei, Fransız cumhurbaşkanının ilişkisini bir parti özel cam sipariş etmek için bile kullandı. Resim kaynağı: https://travelnews.aiguemarine-paris.com
" 3D baskılı cam "Birçok kez bahsedildi, ancak her zaman gök gürültüsü ve yağmur olmuştur. Bunun nedeni, 3B baskı teknolojisinin prensibinin, tasarlanan üç boyutlu nesneleri" istiflemek "olmasıdır. 3D baskı, basitten dijital modelleme araçlarına dayanır. Aksesuarlardan insan organlarına, yapı ne kadar karmaşık olursa olsun, bir model oluşturmak ve makineye nasıl çalışacağını söylemek için 3D modelleme yazılımını kullanın. Gerisi, makinenin istenen ürünü üretmek için malzemeleri katman katman yığmasını beklemektir. 3D baskı teknolojisi kullanılabilir. Yüksek hassasiyetli, yüksek çözünürlüklü ve karmaşık yapılı ürünler, polimer malzemelerle işlenir, ancak cam ve seramik malzemelerin işlenmesi her zaman zor olmuştur. Asıl neden, cam ve seramiğin işlenmesinin son derece yüksek sıcaklıklar gerektirmesi ve püskürtme sonrası sertleşme hızının son derece hızlı olmasıdır. , Sertleşme hızının kontrol edilmesi zordur, bu da camda kolaylıkla bazı kusurlar ve kabarcıklar oluşturabilir ve bu da doğru bir şekilde kontrol edilmesi zordur.
Zor olmasına rağmen bilim adamları bazı girişimlerde bulundular. Örneğin, binlerce derecelik yüksek bir sıcaklıkta, sıvı cam kaptan kademeli olarak ekstrüde edilir.Ekstrüzyondan sonra, cam donacak ve katılaşacak ve istenen şekle getirilecek veya cam elyaf sürekli olarak lazer ışınına gönderilecektir. Nokta nesnenin şekline göre hareket eder ve erimiş cam elyafı yavaş yavaş katılaşır ve lazer noktasının gittiği yol üzerinde oluşur. Bununla birlikte, bu iki yöntemle yapılan camın pürüzlülüğü hala nispeten akılda kalıcıdır ve şeffaflık iyi değildir.
3D baskı camının iki yöntemi. Solda, sıvı kuvars kumu yüksek sıcaklıkta ekstrüde edilir ve şekillendirmek için soğutulur, sağda ise cam elyaf lazere gönderilir ve cam elyaf lazerle eritilerek şekli kademeli olarak "istiflenir". Sağdaki ilke elektrik kaynağına biraz benziyor mu? Görsel kaynağı: solda web.media.mit.edu, sağda araştırma kapısı
Etkisi ideal olmasa bile, 3D baskı teknolojisi cam işleme için hala çok çekicidir. neden? Çünkü 3D baskılı cam sadece daha güvenli değil, aynı zamanda çözünürlüğü geleneksel işçilikten daha yüksek olabilir .
Çözünürlük nedir? Bir 3D yazıcının çözünürlüğü, sıradan yazıcıların ve cep telefonu ekranlarının "baskı düzlemindeki en küçük birimin boyutu" olan çözünürlük konseptine benzer. Yazıcı nozülünden çıkan en küçük 3B topun çapı, bu 3B yazıcının elde edebileceği maksimum çözünürlüğü belirler. Top ne kadar küçük olursa, ürün yazıcı tarafından "istiflenir". 3D baskı ile geleneksel işçilik arasındaki fark, 3D baskının nanometre hassasiyetinde şablonlarla kolayca birleştirilebilmesi ve işlem doğruluğunun doğal olarak iyileştirilmesidir.
Alman bilim adamı F. Kotz ve diğerleri, bugün Nature dergisinde dünyaya yaygın bir ışıkla sertleşen kalıplama (Stereolitografi, SLA) gösteren bir makale yayınladılar. 3D baskı teknolojisi, yüksek şeffaflık, yüksek hassasiyetli cam ürünler yapma süreci .
Kotz'un bu zanaatta ustalaşması kolay olmadı. Camın hammaddesi, oda sıcaklığında katı olan ve yalnızca binlerce derecelik yüksek bir sıcaklıkta eritilebilen kuvars kumudur, bu açık bir şekilde oda sıcaklığında işlemeye uygun değildir. Nanomalzemelerin kullanımı uygun bir yöntem gibi görünmektedir - nano ölçekli silika parçacıkları ayrıca sentezlenmesi ve çözelti içinde dağıtılması kolay olan silikon sağlayabilir. Dispersiyon sorunu çözülür ve kalıplama sorunu çözülmelidir. Işıkla sertleşen bir polimer malzemeyi silika parçacıklarıyla birleştirdiler. Bu malzeme dişleri doldururken de görülebilir.Genellikle sıvıdır.Ultraviyole ışığa maruz kaldığı sürece küçük moleküller çekilerek büyük bir ağ oluşturur ve sert bir katı haline gelir. Bu malzeme eklendiğinde silikon dioksit ağa sabitlenir ve etrafta dolaşmaz. Bu "sıvı hammaddeyi" şablona oda sıcaklığında dökün ve ardından ultraviyole ışığın ışınlanması altında, şablondaki malzeme çapraz bağlanacak ve sıvıdan katıya değişerek katılaşacaktır. Kalıptan çıkarıldıktan sonra sinterlendikten sonra cam olur. Basitçe söylemek gerekirse, bu işlemle üretilen cam artık geçmişin basit silikat camı değil, Polimer malzemeler ve silikatın "birleşiminden" oluşan cam özelliklerine sahip yeni bir malzeme .
Resim kaynağı: Doğa Çevirisi: Ballistan
Bu fikir iyi olsa da, iki maddeyi basitçe karıştırarak "ciddi cam" yapmak zordur: Her şeyden önce, doğruluk hala yeterince yüksek değil. İçerisine karıştırılan yüksek polimerden dolayı, malzeme şablon üzerinde şekillendirildiğinde bir boyuttadır ve yakıldıktan sonra başka bir boyuta dönüşecektir. Yalnızca XY yönündeki çözünürlük kontrol edilemez olmakla kalmaz, aynı zamanda Z yönündeki yükseklik de sinterlemeden sonra kendini serbest bırakmak kolaydır. İkincisi, optik performans yeterince iyi değil - hammaddelerde kristalize edilmesi kolay polimerler var.Kristalize edildikten sonra ışık iletimi iyi değil.
Uzun zaman geçirdikten sonra sadece bu tür camların çıktısını alabiliyorum, tuzlu balıktan ne fark var!
Düşük çözünürlüklü tuzlu balıklar, tuzlu balık olarak sayılamaz. Resim kaynağı: www.nipic.com
Bu sorunun anahtarı Polimer malzemeler eklendi . Bir yandan, toplam polimer malzeme miktarı olabildiğince azaltılmalıdır, bu da çözeltinin viskozitesini azaltabilir, şeffaflığı artırabilir ve boyutu sabitleyebilir; diğer yandan, bu polimer "büyük ağdaki" düğüm sayısı, sıkı bir şekilde ağa bağlanabilmesi için mümkün olduğunca artırılmalıdır. Silika topaklarını yaşayın. Bu nedenle Kotz, polimer monomer ve cam hammaddesinin bileşimini ve oranını sürekli ayarladı ve sonunda ideal malzemeyi elde etti. Çözelti viskozitesi küçülür ve işlenmesi daha kolay hale gelir; sinterlenmiş ürünün boyutu daha kararlıdır; ışık geçirgenliği de% 4'ten% 66'ya yükselmiştir.
Solda, orijinal olarak araştırmacılar tarafından yapılan çözüm (solda) ve optimize edilmiş şeffaflığa sahip bitmiş ürün (sağda). Sağda 3 boyutlu baskı ile elde edilen yazar ünitesinin KİT logosu ve resimdeki ölçek 5 mm'dir. Deney resmi kaynağı: Doğa
Dahası, kızın kalbindeki araştırmacılar, renkli cam yapmak için hammaddelere farklı metal tuzları da eklediler.
Cam cihaz, altın iyonları eklenerek ve mikro litografi teknolojisi kullanılarak yapılmıştır. Resim kaynağı: Doğa
3D baskılı cam kale! Kim genç bir adam değil? Bu camdan kalenin toplam genişliği 1,5 cm'den az ... Duvardaki küçük sivri dişlere bakın ... Bu, gardrop kralının buzdan kalesi! Resim kaynağı: Doğa
Cam cihazların üretilmesine yönelik bu 3B baskı yöntemi, korkunç reaktifler (hidroflorik asit) veya lazerle oyma gerektirmez Bilgisayarda bir 3B model olduğu sürece, boşluk oda sıcaklığında yazdırılabilir. Sinterleme hala yüksek sıcaklığa ihtiyaç duysa da, karmaşık yapı işleme temelde tamamlanmıştır. Raporlara göre, Bu işlemle yapılan ürünlerin hassasiyeti ve çözünürlüğü, geleneksel endüstrinin en yüksek seviyesine yakındır, pürüzlülük sadece birkaç nanometredir ve ısı direnci , 800 derece alevle korkmadan yüzleşin, optik performans daha da mükemmel, hassas aletler üzerinde optik bir cihaz olarak kullanılabilir. Camın kendisi mükemmel aşınma direncine ve kimyasal stabiliteye sahiptir, yüksek hassasiyetli beceri puanlarıyla birleştiğinde, tıbbi alanda da kullanılabilir (cam çekirdek veya başka bir şey ... çok kırılgan veya unutun 233).
3D yazıcı satın almak için Huyou'nun patronuna gidin ve ardından kolyeyi laboratuvarda yazdırıp kız arkadaşınıza verebilirsiniz! (Önce yapmanız gereken ...)
Düzenleme: yarın
Referanslar:
1. Klein, J. ve diğerleri. Optik olarak saydam camın katkı maddesi üretimi. 3D Baskı.Additive Manuf. 2,92105 (2015).
2. Luo, J. ve diğerleri, Proc. Conf. SPIE LASE97380Y 97380Y-9,
10.1117 / 12.2218137 (Uluslararası Optik ve Fotonik Topluluğu, 2016).
3. Luo, J., Pan, H. ve Kinzel, E.C. Katmanlı cam üretimi J. Manuf. Sci. Eng. 136, 061024 (2014).
4. Kotz, F ve diğerleri. Şeffaf erimiş silis camın üç boyutlu baskısı, Nature 10.1038 / nature22061
5. Kotz, F. ve diğerleri. Sıvı cam: camın yapılandırılması için kolay bir çoğaltma yöntemi. Adv. Mater. 28, 4646-4650 (2016).
Bireyler arkadaş çevresine iletebilirler
Bu makale Guo kabuk ağından geliyor
Yeniden yazdırmak için lütfen yetkili sns@guokr.com ile iletişime geçin
Başvuru için lütfen bilimselguokr@163.com ile iletişime geçin.
