具有强度的3d打印玻璃微结构

加州大学伯克利分校的研究人员与德国弗莱堡阿尔伯特路德维希大学的科学家合作，扩大了计算轴向光刻(CAL)的能力，这是一种3d打印工艺三年前开发的可以打印更精细的特征，也可以在玻璃上打印。他们的研究结果发表在科学．

与目前的工业3d打印不同，CAL 3d打印可以同时打印出整个物体，而目前的工业3d打印是用薄层材料构建物体。研究人员使用激光将光的模式投射到一个旋转的光敏材料中，形成一个3D光剂量，然后固化成所需的形状。CAL工艺的无层特性使得表面光滑，几何形状复杂。

加州大学伯克利分校首席研究员、机械工程教授海登·泰勒说:“当我们在2019年首次发表这种方法时，加州大学伯克利分校可以将物体打印成尺寸小至约三分之一毫米的聚合物。”“现在，有了micro-CAL，我们可以用聚合物打印物体，其特征低至一米的百万分之二。我们第一次展示了这种方法不仅可以打印成聚合物，还可以打印成玻璃，其特征小到一米的百万分之一。”

为了打印玻璃，泰勒和他的研究小组与来自弗赖堡阿尔伯特路德维希大学的科学家合作，他们开发了一种特殊的树脂材料，其中含有玻璃纳米颗粒，周围是光敏粘合剂液体。来自打印机的数字光投射使粘合剂凝固，然后研究人员加热打印对象以去除粘合剂并将颗粒融合在一起，形成纯玻璃的固体物体。

泰勒说:“这里的关键是粘合剂的折射率与玻璃的折射率几乎相同，因此光线穿过材料时几乎没有散射。”“CAL打印过程和这个Glassomer美国开发的材料是彼此的完美搭配。”

包括泰勒实验室博士生约瑟夫·图姆斯(Joseph Toombs)在内的主要作者研究小组还发现，cal打印的玻璃物体比使用传统的基于层的打印工艺制造的玻璃物体具有更一致的强度。

泰勒说:“当玻璃制品含有更多的缺陷或裂缝，或者表面粗糙时，它们更容易破碎。”“因此，与其他基于层的3d打印工艺相比，CAL制造表面更光滑的物体的能力是一个巨大的潜在优势。”

研究人员认为，CAL 3d打印方法为微型玻璃物体的制造商提供了一种新的、更有效的方法，以满足客户对几何形状、尺寸、光学和机械性能的要求。

泰勒说:“能够更快地制造这些组件，并且具有更多的几何自由度，可能会带来新的设备功能或更低成本的产品。”

这项研究由美国国家科学基金会、欧洲研究委员会、卡尔蔡司基金会、德国研究基金会和美国能源部资助。