เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแก้วอุณหภูมิต่ำของ Lincoln Laboratory จุดประกายการถ่ายทอดในชุมชนเกี่ยวกับข้อเรียกร้องทางเทคนิคและการประยุกต์ใช้

Lincoln Laboratory ได้ประกาศความก้าวหน้าในการพิมพ์ 3 มิติโครงสร้างแก้วที่อุณหภูมิเพียง 250°C ซึ่งต่ำกว่าอุณหภูมิปกติที่ต้องการสำหรับการผลิตแก้วแบบดั้งเดิมที่ 1,000°C+ อย่างมาก เทคนิคนี้ใช้หมึกพิเศษที่ทำจากสารละลายซิลิเกตและอนุภาคนาโนอนินทรีย์ พิมพ์ที่อุณหภูมิห้องผ่านการเขียนหมึกโดยตรงก่อนจะถูกบ่มในอ่างน้ำมันแร่ อย่างไรก็ตาม การประกาศนี้ได้จุดประกายการอภิปรายทางเทคนิคอย่างเข้มข้นในชุมชนวิศวกรรมเกี่ยวกับความสามารถและข้อจำกัดที่แท้จริงของกระบวนการนี้

ขั้นตอนการผลิต 3 ขั้นตอน

1. การพิมพ์ที่อุณหภูมิห้อง

   • วัสดุรองรับที่เข้ากันได้: พลาสติก โลหะ แก้ว ซิลิคอน เจล ขี้ผึ้ง
   • ใช้เทคนิคการเขียนด้วยหมึกโดยตรง
   • หมึกพิเศษจากสารละลาย silicate + อนุภาคนาโนอนินทรีย์

2. การบ่มที่อุณหภูมิต่ำ (250°C)

   • การให้ความร้อนด้วยอ่างน้ำมันแร่
   • กระบวนการแพร่กระจายของน้ำอย่างช้าๆ
   • ลดรูพรุนและการหดตัว

3. การล้างด้วยตัวทำละลาย

   • ทำความสะอาดด้วย toluene/isopropanol
   • กำจัดน้ำมันที่เหลือค้าง
   • ได้ชิ้นงานขั้นสุดท้ายที่เป็นวัสดุอนินทรีย์ทั้งหมด

ขั้นตอนการทำงานของการพิมพ์ชิ้นส่วนแก้ว: 1) พิมพ์ชิ้นส่วนที่อุณหภูมิห้อง, 2) บ่มในอ่างน้ำมันแร่ที่อุณหภูมิ 250°C, 3) ล้างชิ้นส่วน

เคมีเบื้องหลังกระบวนการดึงดูดการวิเคราะห์จากผู้เชี่ยวชาญ

ชุมชนทางเทคนิคได้รีบเข้าไปวิเคราะห์เคมีพื้นฐานของแนวทางของ Lincoln Laboratory วิศวกรแนะนำว่ากระบวนการนี้น่าจะอาศัยแก้วน้ำ (โซเดียมซิลิเกต) ร่วมกับไอออนบวกหลายประจุเช่นแคลเซียม แมกนีเซียม หรืออะลูมิเนียม เพื่อสร้างการเชื่อมโยงข้ามที่ทำให้วัสดุแข็งโดยไม่ต้องใช้ความร้อนสูง นวัตกรรมหลักดูเหมือนจะเป็นการใช้เกลือที่มีความสามารถในการละลายที่อุณหภูมิห้องต่ำซึ่งเกิดปฏิกิริยากับซิลิเกตเฉพาะที่ 250°C เท่านั้น ป้องกันไม่ให้หมึกแข็งตัวก่อนเวลาอันควรในถังเก็บการพิมพ์

แก้วน้ำ: ชื่อสามัญของโซเดียมซิลิเกต ซึ่งเป็นที่รู้จักในเรื่องความสามารถในการละลายน้ำและการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงการใช้เป็นซีลประตูเตาไฟฟืน

ความสงสัยเกิดขึ้นเกี่ยวกับการจำแนกประเภทแก้ว

ไม่ใช่ทุกคนในชุมชนที่เชื่อมั่นว่านี่แสดงถึงการผลิตแก้วที่แท้จริง ผู้เชี่ยวชาญบางคนโต้แย้งว่ากระบวนการนี้ผลิตสิ่งที่ใกล้เคียงกับโซเดียมซิลิเกตที่แข็งตัวมากกว่าแก้วแบบดั้งเดิม โดยชี้ให้เห็นว่าแก้วน้ำมีจำหน่ายในร้านฮาร์ดแวร์มาหลายทศวรรษแล้วในฐานะซีเมนต์ทั่วไปสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม สิ่งนี้ได้นำไปสู่การถกเถียงว่าการประกาศนี้แสดงถึงความก้าวหน้าที่แท้จริงหรือการตลาดที่ชาญฉลาดของเทคโนโลยีที่มีอยู่แล้วพร้อมวิธีการประยุกต์ใช้ที่ดีขึ้น

การประยุกต์ใช้กระจกเงาโทรทรรศน์เผชิญกับความท้าทายด้านคุณภาพพื้นผิว

การอภิปรายได้กลายเป็นเรื่องร้อนแรงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ทางแสงที่มีศักยภาพ โดยเฉพาะกระจกเงาโทรทรรศน์ ในขณะที่บางคนเห็นความหวังในการพิมพ์รูปทรงพาราโบลาที่สามารถประหยัดเวลาการกลึงได้อย่างมาก คนอื่นๆ เน้นย้ำถึงข้อจำกัดพื้นฐาน กระบวนการพิมพ์ 3 มิติทิ้งร่องรอยและความไม่สมบูรณ์ของพื้นผิวที่มองเห็นได้ซึ่งจะบิดเบือนการผ่านของแสงอย่างรุนแรง ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์ออปติกัลที่ต้องการความแม่นยำ

สำหรับกระจกเงาโทรทรรศน์ คุณต้องการการตกแต่งพื้นผิวที่ดีมาก และนั่นเป็นสิ่งหนึ่งที่การพิมพ์ 3 มิติทำได้แย่มาก

วิศวกรได้เสนอการรวมการพิมพ์ 3 มิติเข้ากับขั้นตอนการประมวลผลเพิ่มเติมเช่นการเผาอุณหภูมิสูงด้วยแรงเหวี่ยง ตามด้วยการขัดและขัดเงาแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะขจัดข้อได้เปรียบของอุณหภูมิต่ำที่ทำให้กระบวนการนี้น่าสนใจในตอนแรก

การเปรียบเทียบกระบวนการ: การผลิตแก้วแบบดั้งเดิมเทียบกับแบบอุณหภูมิต่ำ

การบูรณาการการผลิตแสดงให้เห็นความหวัง

แม้จะมีการถกเถียงเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้เฉพาะ ชุมชนเห็นศักยภาพในแนวทางการผลิตแบบผสมผสาน บริษัทบางแห่งกำลังพัฒนาระบบกระบวนการรวมที่ใช้การพิมพ์ 3 มิติเป็นขั้นตอนการขึ้นรูปคร่าวๆ ตามด้วยการกลึงในที่ก่อนการบ่มขั้นสุดท้าย สิ่งนี้สามารถลดเวลาการติดตั้งและการยึดจับได้อย่างมากในขณะที่รักษาความแม่นยำที่จำเป็นสำหรับการใช้งานที่ต้องการความเข้มงวด

การวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่ที่ Lincoln Laboratory มุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงความใสทางแสงและการพัฒนาหมึกที่มีคุณสมบัติทางเคมีและไฟฟ้าที่แตกต่างกัน แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้ยังคงพัฒนาอยู่ ว่าสิ่งนี้แสดงถึงความก้าวหน้าที่ปฏิวัติวงการหรือการปรับปรุงแบบค่อยเป็นค่อยไปของเทคนิคที่มีอยู่แล้วยังคงเป็นประเด็นของการอภิปรายที่ยังคงดำเนินอยู่ในชุมชน

อ้างอิง: LOW-TEMPERATURE ADDITIVE MANUFACTURING OF GLASS