上海光機所3D打印激光照明透明陶瓷研究取得進展2

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所紅外光學材料研究中心在增材製造（3D打印）激光照明透明陶瓷研究方麵取得進展。該工作通過數字光處理打印技術（DLP）實現了3D打印用於(yu) 激光照明的高密度鈰活化鑥鋁石榴石（LuAG:Ce）陶瓷，通過3D打印技術製造具有複雜幾何結構的激光照明透明陶瓷，突破了傳(chuan) 統陶瓷成型工藝的限製。相關(guan) 研究成果以3D Printing of LuAG:Ce Transparent Ceramics for Laser-driven Lighting為(wei) 題，發表在《國際陶瓷》（Ceramics International）上。

激光照明係統能夠在較高的功率密度下實現高輸出效率（100-1000倍於(yu) 發光二極管），使得激光驅動的照明係統可為(wei) 未來的固態照明提供優(you) 勢，如高亮度、緊湊尺寸和定向照明。然而，傳(chuan) 統製備工藝隻能製造簡單幾何形狀的方法，無法滿足具有複雜光學結構的激光驅動固態照明器件的需求。三維打印技術可實現快速無模製造，所有組件均可進行數字化設計，為(wei) 發光透明陶瓷製造領域帶來了重要的可能性。

科研人員開發了用於(yu) DLP的光固化陶瓷墨水，用於(yu) 製造具有高印刷分辨率的激光驅動照明鈰活化鑥鋁石榴石（LuAG:Ce）發光透明陶瓷組件。用於(yu) DLP印刷的墨水，具有高達50 vol%的固含量和優(you) 異的剪切稀化性能。研究在DLP墨水中引入了發光染料，以減少陶瓷粉末對紫外線的散射所產(chan) 生的過量固化寬度效應。研究利用DLP三維打印方法，製造出具有可定製的厘米級複雜三維幾何形狀的LuAG:Ce陶瓷坯體(ti) 。經過燒結工藝後，3D打印陶瓷組件的相對密度達到96.4%，並展現出優(you) 秀的透光率（約40%）。激光激發實驗證實，三維打印的LuAG:Ce透明陶瓷具有很高的激光通量閾值（19.22 W mm-2），這與(yu) 其表麵獨特的微通道結構有關(guan) 。實驗表明，具有自由幾何結構設計和高激光通量閾值的LuAG:Ce LTCs三維打印技術的應用，為(wei) 大功率激光驅動照明提供了更高效、更可靠的解決(jue) 方案。

圖1.（a）DLP三維打印透明陶瓷坯體(ti) 示意圖；打印的LuAG:Ce陶瓷坯體(ti) 照片：（b）蜂窩、（c）最小表麵、（d）超半球和（e）不同尺寸的超半球。（f）3D打印LTC的燒結過程示意圖；（g）激光照明裝置；（h）日光下放置在"SIOM"字母上的拋光後3D打印LTC；（i）透光率光譜；（j）封裝在LD照明芯片中的燒結超半球3D打印LTC。

圖2.（a）測試固化厚度和固化寬度的實驗示意圖；（b）陶瓷粉末的SEM圖像和粒度分布（插圖）；（c）固含量為(wei) 50Vol.%的可打印陶瓷的流變行為(wei) ；（d）不同濃度甲基橙油墨的固化深度與(yu) 紫外線輻射劑量的關(guan) 係；（e）不同濃度甲基橙油墨的固化寬度與(yu) 紫外線輻射劑量的關(guan) 係，下麵的照片對應的是不同濃度甲基橙油墨的固化情況；（f）三維打印綠色體(ti) 層結構。