KTH 왕립기술원
스웨덴 과학자 팀이 3D 프린팅을 위한 새로운 기술을 개발했습니다. 실리카 유리 복잡한 에너지 집약적 프로세스를 단순화합니다. 개념 증명으로 그들은 머리카락 하나의 너비보다 작은 프레임과 광섬유 통신 시스템을 위한 광학 공진기를 사용하여 세계에서 가장 작은 와인 잔(실제 유리로 제작)을 인쇄했습니다. 3D 프린팅된 실리카 유리 부품. 그들은 새로운 방법을 다음에서 설명했습니다. 마지막 논문 네이처 커뮤니케이션즈에서
“인터넷의 근간은 유리로 만들어진 광섬유를 기반으로 합니다.” 공동 저자 크리스틴 길바슨(Christine Gilvason)이 말했습니다. 스톡홀름의 KTH 왕립 공과 대학에서. “이러한 시스템에서는 이제 우리 기술로 3D 인쇄할 수 있는 모든 종류의 필터와 비교기가 필요합니다. 이것은 많은 새로운 가능성을 열어줍니다.”
저자에 따르면 실리카 유리(즉, 무정형 이산화규소)는 3D 인쇄, 특히 미세한 수준에서 여전히 어려운 재료 중 하나이지만, 석판 인쇄 및 잉크를 포함하여 이 문제를 해결하기 위해 많은 접근 방식이 모색되고 있습니다.직접 및 디지털 광 처리 . 그것들조차도 한 가지 예외를 제외하고는 수십 마이크로미터 정도의 피처 크기만 달성할 수 있었습니다. 연구 2021 나노 스케일 정확도를 보고했습니다.
그러나 그것들은 모두 사용됩니다. 솔겔 실리카 나노입자가 포함된 다양한 유기 혼합물을 포함하는 공정. 따라서 최종 인쇄 구조는 많은 유기 물질을 포함하는 복합재이므로 실리카 유리의 가장 바람직한 특성(즉, 열 및 화학적 안정성, 경도 및 광범위한 파장에 대한 광학적 투명성)이 부족합니다. 유기 잔류물을 제거하고 이러한 특성을 얻기 위해서는 약 1,200°C(2,192°F)의 고온에서 몇 시간 동안 추가 소결 단계가 필요합니다. 이 추가 에너지 집약적 단계는 더 높은 온도를 견딜 수 있는 기판 재료만 사용할 수 있기 때문에 잠재적인 응용 분야를 심각하게 제한합니다. 일부 접근법은 또한 3D 인쇄 구조를 최종 형태로 조립해야 하는데, 이는 마이크로미터 규모에서 어려운 일입니다.
실리카 유리에 대한 대체 3D 프린팅 기술을 개발할 때 Gylfason 외. 로 변하다 수소 실세스퀴옥산 (HSQ)는 전자선, 이온선 및 특정 파장의 자외선에 의해 모양을 만들 수 있는 무기 실리카 유사 물질입니다. 주요 이점 중 하나는 리소그래피 또는 직접 잉크 쓰기의 경우와 같이 기판에 남아 있는 감광제 또는 바인더 역할을 하는 유기 화합물에 의존하지 않는다는 것입니다. 대신, 그들의 방법은 무기 HSQ의 직접 가교에 의존합니다.
프로세스에는 세 가지 주요 단계가 있습니다. 먼저 유기용매에 녹인 HSQ를 기판 위에 떨어뜨렸다. HSQ가 건조되면 집중된 서브 피코초 레이저 빔을 사용하여 원하는 3D 모양을 추적합니다. 마지막으로, 노출되지 않은 HSQ는 수산화칼륨 용액을 사용하여 용해됩니다. 인쇄된 미세구조의 라만 분광법은 실리카 유리의 모든 예상 기능을 보여주었습니다.
그러나 수소와 탄소의 잔류 흔적도 있었습니다. 보다 순수한 실리카 유리가 필요한 응용 분야의 경우, 900°C(1,652°F)에서 구조를 어닐링하여 잔류 유기물을 제거할 수 있습니다. 이는 추가 단계가 허용되지만 일반적인 추가 소결 단계보다 훨씬 낮은 온도에서 수행됩니다. 그런 다음 구조의 스펙트럼을 상업용 용융 실리카 유리 기판과 일치시켰다. 3D 미세 구조를 어닐링하면 수축 또는 왜곡이 발생할 수 있지만, 저자는 석영 유리 구조의 최대 수축이 석판 인쇄 및 직접 잉크 방법을 사용하여 만든 유리 물체의 16%에서 56% 사이에 비해 약 6%임을 발견했습니다. .
작은 개념 증명 와인 잔과 광학 공진기 외에도 저자는 작은 버전의 KTH 로고, 캔틸레버, 원추형 나선형, 실리카 유리 광섬유 팁을 각인했습니다. 그들은 그들의 방법이 의료 기기 및 마이크로 로봇을 위한 맞춤형 렌즈를 만드는 데 사용될 수 있다고 믿습니다. 나노다이아몬드 또는 철 나노입자로 3D 인쇄된 미세 구조를 코팅하면 하이브리드 양자 광자의 통합 특성을 추가로 맞춤화하거나 구조의 움직임 제어를 자기적으로 제거할 수 있습니다.
“3D 프린팅 방법을 통합할 때의 우려 사항은 일반적으로 응용 프로그램마다 다릅니다.” 공동저자 황보한, KTH 대학원생. “여전히 다양한 응용 분야에서 우리 방법의 최적화가 필요하지만 우리는 우리 방법이 실제 시나리오에서 사용하기 위해 유리에 3D 인쇄하는 데 중요하고 필요한 돌파구를 제공한다고 믿습니다.”
DOI: 네이처 커뮤니케이션즈, 2023. 10.1038 / s41467-023-38996-3 (DOI에 대해).
“경순은 통찰력 있고 사악한 사상가로, 다양한 음악 장르에 깊은 지식을 가지고 있습니다. 힙스터 문화와 자연스럽게 어우러지는 그의 스타일은 독특합니다. 그는 베이컨을 좋아하며, 인터넷 세계에서도 활발한 활동을 보여줍니다. 그의 내성적인 성격은 그의 글에서도 잘 드러납니다.”