3D 打印具有高分辨率特征的宏观熔融石英部件的新工艺
奥地利维也纳的 UpNano GmbH 公司联合开发了一种 3D 打印熔融石英物体的新型制造工艺。这项创新技术能够生产毫米和厘米范围内的高精度形状部件。该工艺基于 Glassomer GmbH（德国弗莱堡）的创新，并使用 UpNano 的 NanoOne 高分辨率打印系统进行了修改，以用于双光子聚合 (2PP) 3D 打印。这些是市场上性能最高的 2PP 3D 打印机，能够打印超过 15 个数量级。
用玻璃制造微小而复杂的 3D 物体是一项具有挑战性的过程。如果所需材料是熔点极高的高质量熔融石英 (SiO 2 ) 玻璃，则更具挑战性。唯一可能使用的方法是基于非商用设备，包括使用激光束熔化玻璃纤维或熔融沉积成型以生产钠钙玻璃。
这些方法通常会导致最终产品表面粗糙，这是不理想的。现在，UpNano 和 Glassomer 开发了一种快速 3D 打印工艺，可以生产尺寸在毫米和厘米范围内、特征在微米范围内的光滑熔融石英部件。
“这是一个三步过程，”UpNano 材料与应用团队负责人 Markus Lunzer 解释道。“第一步是利用 2PP 3D 打印提供的所有优势，设计和打印所需的结构。第二步是去除有机粘合剂材料，然后进行高温烧结工艺，这是第三步。”
其核心是新开发的纳米复合材料“UpQuartz”。除了 SiO 2纳米颗粒外，它还包含专门设计的聚合物基质，可让复合材料首先进行 2PP 3D 打印。打印过程会产生一个“绿色部件”，该部件已经具有最终所需结构的形状。
为了最终获得熔融石英产品，必须去除聚合物基质。将绿色部分加热至 600°C 可有效去除聚合物基质，留下“棕色部分”。该部分由最终产品形状的 SiO 2纳米颗粒组成。该结构在暴露于 1,300°C 后烧结并熔合。
在后期处理过程中，物体会发生约 30% 的各向同性收缩。使用 UpNano 软件对绿色部分进行适当放大即可轻松补偿这一收缩。
Lunzer 表示：“我们开发的这种创新生产工艺非常适合工程、化学、医疗或研究应用领域中需要高分辨率和高精度的大型 3D 打印玻璃部件。”
熔融石英具有卓越的光学性能、生物相容性、高化学惰性和出色的耐热性，是广泛应用的理想材料。继 UpNano 最近成功利用 UpNano 打印机和树脂对 2PP 3D 打印部件进行宏观测试样本的材料测试之后，这一新进展标志着 2PP 3D 打印潜力的重大进步。
此外，该公司的打印机最近还被用于通过生产整体嵌入式微流控芯片以及具有（亚）微米分辨率的钨和铂微结构，实现了 2PP 3D 打印领域的一个重要里程碑。
通过 2PP 3D 打印生产熔融石英物体是 UpNano 和 Glassomer 的联合开发成果。这家德国公司之前曾采用软光刻、注塑成型以及传统 3D 打印等技术生产熔融石英物体。现在，UpNano 和 Glassomer 的联合材料开发还允许使用高精度 2PP 3D 打印来生产熔融石英物体。
这一系列发展体现了 UpNano 在竞争激烈的 2PP 3D 打印机市场中的创新资本，再加上 NanoOne 打印机系列持续不断的商业成功。事实上，2023 年的销售额比上一年增长了 57%，目前服务的客户遍布五大洲。
所有 NanoOne 打印机均配备专利的自适应分辨率技术，该技术允许激光束针对任何给定目标扩大 10 倍。最近的软件更新实现了无缝拼接，考虑到所有可用模块，NanoOne 系列打印机现在被认为是市场上功能最丰富、速度最快的 2PP 3D 打印机。
UpNano 首席执行官 Bernhard Küenburg 补充道：“我们的打印机速度快、分辨率高、功能多样，是批量生产高精度部件的有力工具。我们不断扩展的材料范围扩大了应用范围。在适当的时候，我们还将扩大我们提供的服务范围。”
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