ETH araştırmacıları, karmaşık ve çok gözenekli cam nesneler üretmek için bir 3D cam baskı işlemi kullandılar. Bunun temeli UV ışığı ile kürlenebilen özel bir reçinedir.
3D cam baskı ile nesneler üretmek kolay değildir. Dünya çapında sadece birkaç grup araştırmacı, katkı yöntemlerini kullanarak cam üretmeye çalıştı. Bazıları erimiş cam baskı yaparak nesneler yapmıştır, ancak dezavantajı bunun çok yüksek sıcaklıklar ve ısıya dayanıklı ekipman gerektirmesidir. Diğerleri, oda sıcaklığında basılabilen ve daha sonra cam oluşturmak için daha sonra sinterlenebilen toz seramik parçacıkları kullanmıştır; ancak, bu şekilde üretilen nesneler çok karmaşık değildir.
ETH Zürih’ten araştırmacılar şimdi 3D cam baskı ile karmaşık nesneler üretmek için yeni bir teknik kullandılar. Yöntem 1980’lerde geliştirilen ilk 3D cam baskı tekniklerinden biri olan stereolitografiye dayanmaktadır. David Moore, Lorenzo Barbera ve ETH işlemcisi André Studart liderliğindeki Karmaşık Malzemeler grubunda Kunal Masania, cam öncüllerinin bağlandığı plastik ve organik moleküller içeren özel bir reçine geliştirdi. Araştırmacılar derginin son sayısında sonuçlarını rapor Doğal Malzemeler .
Nesneleri “büyütmek” için kullanılan ışık
3D cam baskı için Reçine, piyasada bulunan Dijital Işık İşleme teknolojisi kullanılarak işlenebilir. Bu, reçinenin UV ışık desenleri ile ışınlanmasını içerir. Işığın reçineye çarptığı her yerde sertleşir, çünkü polimer reçinenin ışığa duyarlı bileşenleri açık noktalarda çapraz bağlanır. Plastik monomerler, polimeri oluşturarak labirent benzeri bir yapı oluşturmak üzere birleşir. Seramik taşıyan moleküller bu labirentin aralıklarını doldurur.
Böylece, bir nesne katman katman oluşturulabilir. Araştırmacılar, her katmandaki gözenek boyutu da dahil olmak üzere çeşitli parametreleri değiştirebilir: zayıf ışık yoğunluğu büyük gözeneklere neden olur; yoğun aydınlatma küçük gözenekler üretir. Masania, “Bunu kazara keşfettik, ancak bunu basılı nesnenin gözenek boyutunu doğrudan etkilemek için kullanabiliriz” diyor.
Araştırmacılar ayrıca silikaları borat veya fosfat ile karıştırarak ve reçineye ekleyerek mikroyapıyı katman katman değiştirebilirler. Karmaşık nesneler farklı cam türlerinden yapılabilir veya hatta teknik kullanılarak aynı nesnede birleştirilebilir.
Araştırmacılar daha sonra bu şekilde üretilen işlenmemiş malzemeyi iki farklı sıcaklıkta ateşlemektedir: polimer çerçevesini yakmak için 600˚C’de ve daha sonra seramik yapıyı cama yoğunlaştırmak için yaklaşık 1000˚C’de. Ateşleme işlemi sırasında, nesneler önemli ölçüde küçülür, ancak pencere camı gibi şeffaf ve sert hale gelir.
Patent başvurusu yapıldı
Bu 3D cam baskı nesneler hala bir kalıptan daha büyük değildir. Şişeler, içki bardakları veya pencere camları gibi büyük cam nesneler bu şekilde üretilemez – ki bu aslında projenin hedefi olmayan Masania’yı vurgular.
Amaç daha ziyade 3 boyutlu bir baskı işlemi kullanarak karmaşık geometrili cam nesneler üretmenin fizibilitesini kanıtlamaktı. Ancak, yeni teknoloji sadece bir hile değil. Araştırmacılar patent başvurusunda bulundu ve şu anda teknolojisini şirketinde kullanmak isteyen büyük bir İsviçre cam eşya satıcısıyla görüşüyorlar.
3D baskılı cam nesneler
3D cam baskı nesnelerin geometrilerinin çeşitliliği neredeyse sınırsızdır. (tüm resimler: Karmaşık Malzemeler / ETH Zürih) 1/4
Referans
Moore DG, Barbera L, Masania K, Studart AR. Faz ayırıcı reçineler kullanılarak çok bileşenli camların üç boyutlu baskısı. Doğa Malzemeleri. (2019) DOI : 10.1038 / S41563-019-0525-Y