近日，德國(guó)基爾大學(xué)的研究人員首次利用“激光輔助熔融打印”（Laser-Assisted Melt Printing, 簡(jiǎn)稱 LAMP）工藝，實(shí)現(xiàn)了玻璃粉體的直接熔融成型。該技術(shù)無(wú)需燒結(jié)爐燒結(jié)，即可制備致密、透明的玻璃三維結(jié)構(gòu)，為可持續(xù)陶瓷類骨科或牙科植體及光子器件的制造開(kāi)辟了新方向。

借助新的LAMP技術(shù)，科研人員將玻璃顆粒熔合成固體、透明的結(jié)構(gòu)

在實(shí)驗(yàn)中，不可見(jiàn)的激光束逐層照射在極薄的玻璃粉層上，使顆粒瞬間熔融并快速凝固。研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種以二氧化硅為基礎(chǔ)的“玻璃粒子墨水”，通過(guò)高能激光脈沖實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、精確的局部熔融。與傳統(tǒng)工藝相比，這種方式省去了高溫?zé)Y(jié)步驟，大幅節(jié)省能耗與時(shí)間，同時(shí)還能在打印過(guò)程中實(shí)時(shí)調(diào)控材料性能。

研究人員可通過(guò)調(diào)整激光功率與掃描速度，控制玻璃的致密度、平滑度與顏色，實(shí)現(xiàn)無(wú)氣孔的高致密結(jié)構(gòu)。電子顯微與光譜分析表明，打印樣品已完全致密化，性能顯著優(yōu)于以往的玻璃3D打印制品。正如項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Leonard Siebert博士所言：“LAMP工藝能在打印過(guò)程中精準(zhǔn)調(diào)控密度、光滑度、色度與透光性，這是傳統(tǒng)燒結(jié)工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。”

團(tuán)隊(duì)還在打印墨水中加入金、銀離子，使其在激光熔融中轉(zhuǎn)化為納米金屬顆粒。不同粒徑的納米顆粒可選擇性吸收或散射特定波長(zhǎng)光線，從而調(diào)節(jié)玻璃的顏色與光學(xué)透過(guò)性。這意味著該技術(shù)可用于制造只透過(guò)特定顏色的光學(xué)濾光片、微透鏡或波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，為微光學(xué)器件及傳感元件提供新方案。

盡管當(dāng)前研究對(duì)象為玻璃，研究人員認(rèn)為該方法同樣適用于陶瓷材料。傳統(tǒng)陶瓷3D打印通常需在高于1000℃的燒結(jié)爐中長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)，耗能高且應(yīng)力大，而LAMP技術(shù)能直接打印復(fù)雜形狀的陶瓷部件，如定制牙科或骨科植體，更加高效且節(jié)能。

Siebert團(tuán)隊(duì)已與基爾大學(xué)醫(yī)學(xué)院合作，將該技術(shù)應(yīng)用于高強(qiáng)度牙科陶瓷的3D打印，并正推進(jìn)LAMP在更多陶瓷體系中的驗(yàn)證。研究者表示，未來(lái)LAMP有望成為面向玻璃與陶瓷材料的節(jié)能型通用制造平臺(tái)，為個(gè)性化醫(yī)療植體及光子器件提供全新解決方案。

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