中澳科研團隊合作以3D打印降低光纖成本

導讀：研究人員已經開發出一種利用3D打印來創建一個預製體的方法，它可以被繪製成矽玻璃光纖，而矽玻璃光纖是全球電信網絡的骨幹。這種新的製造方法不僅可以簡化這些纖維的生產，而且可以實現以前不可能的設計和應用。

研究人員使用一種稱為直接光投射（DLP）的3D打印方法來製作二氧化矽纖維預製體。他們製造了階躍折射率纖維（a）和結構化預製棒（b）的預製體。然後將這些預成型件放在拉絲塔中（中圖）以製成最終的光纖（右）。橙色插圖顯示了階躍折射率纖維的橫截麵。

據《3D打印商情》了解，一個由澳大利亞和中國的工程師組成的團隊日前開發出了可拉伸成纖維的光學二氧化矽預製體的3D打印方法。該團隊在《光學學會》雜誌《光學快報》上發表了他們的研究。

毫不誇張地說，光學二氧化矽纖維是世界經濟中最重要的材料之一。高速互聯網依賴於它們，然而，製造它們是勞動密集且精確的過程。

這種新技術由悉尼科技大學的約翰·坎寧（John Canning）領導的研究團隊開發，並與新南威爾士大學的Dang-Dean Peng以及哈爾濱工程大學和燕山大學的同事合作，研製出了一種由光學二氧化矽製成的預製體，可以用一種更簡單、更便宜的方法製成纖維。

坎寧解釋說：“製造二氧化矽光纖涉及在車床上進行紡絲的勞動密集型過程，這要求光纖的纖芯精確地居中。” “通過增材製造，無需以纖維的幾何形狀為中心。這消除了光纖設計的最大限製之一，並大大降低了光纖製造成本。”

坎寧說：“像3D打印這樣的附加製造方法非常適合改變纖維設計和用途的整個方法。”例如，這將擴大光纖傳感器的應用範圍。在壽命、校準和維護方麵，光纖傳感器的性能遠遠優於電子等價物，但由於製造成本昂貴，這些傳感器尚未得到廣泛應用。

這項研究建立在早期工作的基礎上，研究人員使用一種聚合物材料演示了從3D打印預製體中提取的第一根纖維，但是將技術擴展到二氧化矽需要大量的額外創新：尤其是3D打印玻璃所需的超過1900°C的高溫。

該團隊使用了市售的DLP 3D打印機，該打印機通常用於聚合光反應性單體，並在其中裝載了二氧化矽納米粒子以及重量百分比大於50％的單體。然後，他們打印了一個圓柱狀的空心物體，隨後將它們填充了相同單體和二氧化矽納米粒子的類似混合物，但在這種情況下，向混合物中添加了鍺矽酸鹽摻雜劑以增加折射率。

製成預製體後，他們隨後執行了一個加熱步驟以去除聚合物粘合劑，從而使納米顆粒通過分子間的力粘合在一起。升高溫度進一步將納米顆粒融合在一起成為固體結構。然後可以將其加熱並在拉絲塔中拉出，以產生光纖。

最初的實驗生產出具有高光損耗特性的光纖，但是研究小組已經找到了造成這些損耗的原因，並正在努力解決這些問題。

坎寧說：“這項新技術出奇地出色，可以應用於一係列玻璃材料加工中，以改善其他類型的光學組件。” “通過進一步改進以限製光損耗，這種新方法有可能取代傳統的基於車床的二氧化矽光纖製造方法。這不僅可以減少製造和材料成本，還可以降低人工成本，因為減少了培訓和危害。”

研究人員有興趣與一家主流商業光纖製造公司合作，以改進這項技術並將其商業化。他們還計劃探索其他加速3D打印的方法，方法是針對不同的應用對3D打印進行改進。

轉載請注明出處。