一組來自中國的研究人員在他們最新的研究中將宏觀和微觀混合在一起，旨在擴(kuò)大玻璃3D打印的范圍。在論文《基于微尺寸分辨率的玻璃物體的3D激光打印》中，作者解釋了他們?nèi)绾我晕⒊叨确直媛试诓Ａе袆?chuàng)建宏觀尺度的3D物體--如果獲得成功，這是迄今為止，飛秒激光誘導(dǎo)化學(xué)蝕刻（FLICE）的二十年研究和努力都尚未實現(xiàn)過的。
研究人員能夠以高達(dá)~3.8 cm的高度3D打印宏觀玻璃物體，并具有20μm的分布均衡（即橫向與縱向）的空間分辨率。研究人員表示：“通過在超快激光脈沖與熔融石英的相互作用中揭示未探索狀態(tài)，實現(xiàn)了激光脈沖在熔融石英內(nèi)部的無像差聚焦。”
他們首先將激光脈沖“松散地聚焦”到二氧化硅中，蝕刻多條線，組織成兩個不同的X和Y方向柵格。
通過將皮秒激光脈沖松散地聚焦到熔融石英中來提供制造分辨率。（a）沿X和Y方向在熔融石英立方體內(nèi)刻線的示意圖。沿（b）Y和（c）X方向?qū)懭氲木€的橫截面光學(xué)顯微照片。（d）通過化學(xué)蝕刻（c）的最后一列中的內(nèi)切樣品而產(chǎn)生的中空通道的橫截面顯微照片。
研究小組指出，它們的橫截面呈現(xiàn)出一個幾乎完全圓形的形狀。這些線對掃描速度、焦點位置深度、激光寫入方向都不敏感。
作者解釋道：“不同的是，隨著掃描速度的增加，在顯微鏡下以反射模式捕獲的橫截面中的顏色變得更亮，這表明隨著掃描速度的增加、照射劑量的減少，熔融石英會產(chǎn)生較弱的改性。”
在消除熔融石英中的納米顆粒后，他們可以通過擔(dān)心將寫入激光束“實時”偏振的方式進(jìn)行3D打印。作者說，這使他們能夠簡單地在打印系統(tǒng)中進(jìn)行光束引導(dǎo)，使整個過程更簡單與強(qiáng)大。
在下面的圖片中，你可以更好地理解他們的研究成果中的成功之處，因為作者創(chuàng)建了一個愛因斯坦的頭像，所有的“精細(xì)特征”都是可見的--甚至是眼瞼。
“這證明整個雕塑的打印品從上到下都有著很好的打印分辨率。”作者說。
孔子的雕像也非常細(xì)致，表面光滑得令人印象深刻，雖然這可以通過后退火或激光拋光進(jìn)一步改善。3D打印空氣渦輪機(jī)包括在玻璃中的可移動部件，消除了對組裝的任何需要。
用熔融石英激光打印的愛因斯坦的頭部雕塑。（a）雕塑的模型；（b）雕塑的正面；（c）右側(cè)；（d）背面；（e）左側(cè)。（f）和（g）分別是（b）和（e）的放大圖像，以突出臉部的細(xì)節(jié)。比例尺：5毫米。
熔融石英激光打印的孔子雕塑。（a）模型；（b）雕塑的正面；（c）左側(cè)；（d）背面；（e）右側(cè)。在（b），（c）和（d）的圖像右側(cè)的插圖中分別顯示了布料上的裝飾圖案、臉部右側(cè)和他身后的左手的細(xì)節(jié)。
采用熔融石英激光打印的空氣渦輪機(jī)。（a）整個空氣渦輪機(jī)模型。標(biāo)示出了空氣噴射的入口和出口；（b）渦輪機(jī)的內(nèi)部包括渦輪風(fēng)扇、驅(qū)動齒輪--（G3）和兩個驅(qū)動齒輪（G1和G2）。 G1和G2中的每一個都與凸輪連接。（c）數(shù)碼相機(jī)拍攝的渦輪機(jī)的圖像。風(fēng)扇的空氣方向和旋轉(zhuǎn)方向，以及從頂視圖的G1、G2和G3的旋轉(zhuǎn)方向，如圖上旋轉(zhuǎn)箭頭表示；（d）兩個凸輪的初始位置指向左側(cè)，如兩個箭頭所示；（e）由于注入的氣流，兩個凸輪都順時針旋轉(zhuǎn)90°。
“通過將2D振鏡掃描儀與2D運動平臺相結(jié)合，在不久的將來將可進(jìn)一步提高打印效率。這種設(shè)計將允許高打印速度和大打印面積。基于松散聚焦皮秒激光脈沖與熔融石英相互作用的兩個非常規(guī)特征（即深度無關(guān)的無像差聚焦和消除自組織納米光譜）建立了新穎的3D玻璃打印技術(shù)。”研究人員總結(jié)道。
“令人感興趣的效應(yīng)背后的物理機(jī)制尚未得到澄清。我們強(qiáng)調(diào)在松散聚焦條件下，超快激光脈沖與透明介質(zhì)的相互作用是一個很大程度上未探索狀態(tài)，這將激發(fā)人們進(jìn)一步研究的興趣。玻璃中宏觀物體的高分辨率3D打印有望在光子學(xué)、微流體和高精度力學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生影響。”
用玻璃制造越來越受到關(guān)注，從實驗到藝術(shù)品，到金屬玻璃，再到碳水化合物玻璃……這只是宏觀對象將這些研究提升到了一個新的復(fù)雜程度的幾個例子。
