Científicos suecos reclaman la copa de vino impresa en 3D más pequeña del mundo – Ars Technica

Un equipo de científicos suecos ha desarrollado una nueva técnica de impresión 3D vidrio de sílice Agiliza un proceso complejo que consume mucha energía. Como prueba de concepto, se imprimió en 3D la copa de vino más pequeña del mundo (hecha de vidrio real) con un borde más pequeño que el ancho de un cabello humano, así como un resonador óptico para sistemas de telecomunicaciones de fibra óptica, solo uno de muchos posibles aplicaciones Componentes de vidrio de sílice impresos en 3D. Usaron su nuevo sistema como un Último artículo En la revista Nature Communications.

«La columna vertebral de Internet se basa en fibras ópticas de vidrio» dijo la coautora Kristinn Gylfason Instituto Real de Tecnología KTH de Estocolmo. «Esos sistemas requieren todo tipo de filtros y conectores, que ahora se pueden imprimir en 3D con nuestra técnica. Esto abre muchas posibilidades nuevas».

El vidrio de sílice (también conocido como dióxido de silicio amorfo) es un material desafiante para la impresión 3D, especialmente a escala microscópica, según los autores, y varios métodos, incluida la estereolitografía, el entintado directo y el procesamiento de luz digital, intentan abordar ese desafío. Con una excepción, solo pudieron lograr tamaños de características del orden de varias decenas de micrómetros. estudio 2021 Se ha informado una resolución a nanoescala.

pero todos son usados Sol-Gel procesos que involucran diversos compuestos orgánicos cargados con nanopartículas de sílice. Las estructuras impresas finales son, por lo tanto, compuestos con muchos materiales orgánicos y, por lo tanto, carecen de las propiedades más deseadas del vidrio de sílice (es decir, estabilidad térmica y química, dureza, transparencia óptica en una amplia gama de longitudes de onda). Se requiere un paso adicional de sinterización a altas temperaturas de 1200° Celsius (2192° F) durante varias horas para eliminar los residuos orgánicos y lograr esas propiedades. Dado que solo se pueden usar materiales de sustrato que puedan soportar altas temperaturas, el paso de adición que consume mucha energía limita severamente las posibles aplicaciones. Algunos enfoques requieren que las estructuras impresas en 3D se ensamblen en una forma final, lo cual es un desafío a escala micrométrica.

Al desarrollar su técnica alternativa para la impresión 3D de vidrio de sílice, Gylfason y muchos otros. volver Silsesquioxano de hidrógeno (HSQ), es un material inorgánico similar a la sílice y puede moldearse mediante haces de electrones, haces de iones y ciertas longitudes de onda de luz ultravioleta. Una de las principales ventajas es que su método no se basa en fotoprotectores basados ​​en sustratos o compuestos orgánicos para actuar como aglutinantes, como la estereolitografía o la escritura con tinta directa. En cambio, su método se basa en la reticulación directa de HSQ inorgánico.

El proceso consta de tres pasos principales. Primero, disuelven HSQ como sustrato en solventes orgánicos. Una vez que el HSQ se seca, trazan la forma 3D deseada utilizando un rayo láser de subpicosegundos enfocado. Finalmente, cualquier HSQ no expuesto se disuelve con una simple aplicación de solución de hidróxido de potasio. La espectroscopia Raman de las microestructuras impresas mostró todas las características esperadas para el vidrio de sílice.

Sin embargo, también había rastros de hidrógeno y carbono residuales. Para aplicaciones que requieren vidrio de sílice muy puro, la materia orgánica residual se puede eliminar mediante el recocido de las estructuras a 900° Celsius (1652° F), un paso adicional, permitido, pero a una temperatura mucho más baja que el paso de sinterización adicional convencional. Después de eso, el espectro de las estructuras se comparó con un sustrato de vidrio de sílice fundido comercial. Si bien el recocido de las microestructuras impresas en 3D puede hacer que se encojan o se deformen, los autores descubrieron que la contracción máxima de sus estructuras de vidrio de sílice era de alrededor del 6 %, en comparación con el 16 % al 56 % de los objetos de vidrio fabricados con estereolitografía y métodos de escritura con tinta directa. . .

Además de la copa de vino pequeña de prueba de concepto y el resonador óptico, los autores imprimieron una versión en miniatura del logotipo de KTH, un voladizo y un eje cónico, así como una punta de fibra óptica de vidrio de sílice. Creen que su método podría usarse para fabricar lentes personalizados para dispositivos médicos y microrobots. Recubrir las microestructuras impresas en 3D con nanodiamantes o nanopartículas ferrosas puede adaptar aún más las propiedades para la integración de fotónica cuántica híbrida o eliminar magnéticamente el control de movimiento de las estructuras, respectivamente.

«Las preocupaciones al integrar métodos de impresión 3D son generalmente diferentes para diferentes aplicaciones». dijo el coautor Bo-Han Huang, estudiante de posgrado en KTH. «Aunque nuestro método aún debe optimizarse para diferentes aplicaciones, creemos que nuestro método proporciona un avance importante y necesario para la impresión 3D de vidrio utilizada en situaciones prácticas».

DOI: Comunicaciones de la naturaleza, 2023. 10.1038/s41467-023-38996-3 (Sobre los DOI).