从3D打印的预成型坯中拉出的单模和多模石英光纤

3D打印快讯
2019
10/08
10:52
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在最近发布的“从3D打印的预成型坯中拉制的二氧化硅光纤”中,作者创建了单模和多模光纤,这些光纤可用于为一系列网络设计和零件,可能与电信和物联网(IoT)技术有关。

这组作者说,石英光纤是“3D打印光纤的圣杯”,这是由于其无处不在的性质和低损耗水平所致。实际上,研究人员指出,没有其他选择可以竞争。在这项研究中,研究人员研究了通过3D打印和热处理工艺制造二氧化硅预成型坯的过程,考虑到它需要超过T = 1900℃的温度,这是一项不小的壮举。为了避免这个问题,研究人员尝试通过DLP印刷使用熔点较低的聚合物(一种混合的聚合物-玻璃混合物)。此过程涉及的步骤包括:
  • 光固化树脂制备
  • 瓶胚的3D打印
  • 核心制造
  • 热脱脂
  • 最终纤维拉丝

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使用3D打印制造阶跃折射率二氧化硅光纤
研究人员用DLP打印机聚合了混合树脂,然后继续制造任意结构。他们使用Inventor CAD设计了瓶坯,然后将其进行3D打印,并用紫外线固化。脱脂后,研究人员将预成型坯放入石英管中进行支撑,并以较低的拉伸温度除去水、空气和残留的聚合物。

研究人员指出:“随着温度逐渐升高,聚合物被烧蚀,留下二氧化硅纳米颗粒,后者彼此靠近,导致瓶坯收缩。”“在更高的温度下烧结会使它们融合在一起。”
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折射率差曲线

用光学显微镜检查了光纤的质量展示3D打印单模和多模的横截面
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a)损耗测量的实验配置b)3D打印多模的损耗谱

最小和最大日食直径的纤维均显示出更高的均匀张力。如果“损失增加”,则表明存在界面散射的可能性,而水的“贡献很大”,这意味着气泡可能会滞留被困的水。研究人员认为,可以通过使用以下方法解决此问题:
  • 高纯度、干燥的起始化学品
  • 烧结和脱脂
  • 卸下石英外管


“总而言之,尽管仍有相当大的空间可以改善这种光纤的传输性能,但第一单模和多模二氧化硅光纤已从3D打印的预成型坯中拉制而成。研究人员总结说:“这相对容易实现,表明增材制造将破坏光纤的制造。”

“与传统的劳动密集型,基于车床的方法不同,设计和制造不受中央纺丝或精细堆叠的预成型坯的限制,从而可以制造诸如改进的多芯和复杂光纤(例如优化的菲涅耳纤维)之类的配置。更广泛地说,可以制造出艰难的复杂图案、多芯、多尺寸和异形纤维,而这是其他不可能的。这项工作以原始的聚合物版本为基础,标志着纤维制造和应用的新时代令人兴奋。

3D打印是一项非常围绕材料使用的技术,从硅酸盐骨支架到使用有机硅和环氧树脂、复合材料等进行打印。

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