研究人员使用3D打印来制造玻璃光纤预制棒

研究人员已经开发出一种使用3-D打印的方法，可以将预制棒拉制成石英玻璃光纤，从而构成全球电信网络的骨干。这种新的制造方法不仅可以简化这些纤维的生产，而且还可以实现以前不可能的设计和应用。

悉尼科技大学研究团队的约翰·坎宁(John Canning)解释说：“制造石英光纤涉及在车床上旋转管子的劳动密集型过程，这要求将一根或多根光纤的纤芯精确居中。” “通过增材制造，无需将纤维的几何形状居中。​​这消除了纤维设计的最大限制之一，并大大降低了纤维制造的成本。”

在光学协会(OSA)的《光学快报》杂志上，坎宁的研究小组与悉尼新南威尔士大学的彭刚鼎的研究小组合作，报道了第一批从3D打印预成型坯中提取的石英玻璃纤维。

Canning说：“诸如3D打印之类的增材制造方法非常适合改变纤维设计和用途的整个方法。” “例如，这可能会拓宽光纤传感器的应用范围，就使用寿命，校准和维护而言，光纤传感器的性能远远超过电子同类产品，但由于其昂贵的制造工艺而并未得到广泛部署。”

将聚合物3-D打印转换为玻璃

这项新的成就是建立在早期的工作基础之上的，在该工作中，研究人员使用一种聚合物材料来演示从3-D打印的预成型坯中提取的第一根纤维。由于对材料的巨大挑战，包括3-D印刷玻璃需要的高温(超过1900摄氏度)，将这种方法应用于二氧化硅已证明具有挑战性。

坎宁说：“由于材料和纳米颗粒整合的新颖结合，我们证明了3D打印二氧化硅预成型坯的可能性。” “我们希望这一进展将带来一系列活动，包括其他增材制造方法，以加速这一领域的发展。”

在这项新工作中，研究人员使用了市售的直射式3D打印机。这种类型的增材制造极为精确，通常用于通过使用数字投光器聚合光反应性单体来创建聚合物物体。为了制造二氧化硅物体，研究人员将二氧化硅纳米粒子的添加量按重量计占50%或更高。他们设计了一个3D打印的圆柱形物体，其中包含一个用于孔的孔。然后，他们将聚合物和纳米颗粒的类似混合物插入孔中，这次将锗硅酸盐添加到二氧化硅纳米颗粒中以产生更高的折射率。以这种方式，可以整合多种掺杂剂。

接下来，研究人员使用了一个独特的加热步骤，称为脱脂，以除去聚合物，仅留下二氧化硅纳米颗粒，它们通过分子间作用力保持在一起。最终，升高温度进一步将纳米颗粒融合成固体结构，该固体结构可以插入拉丝塔中，在拉丝塔中对其进行加热和牵拉以形成光纤。

研究人员使用他们的新技术来制造与标准锗硅酸盐纤维相当的预成型坯，根据拉伸条件，该预制坯可用于制造多模或单模纤维。尽管他们确实在最初制造的光纤中观察到了很高的光损耗，但是自那以后，他们已经确定了造成这些损耗的原因，并正在努力解决这些问题。

坎宁说：“这项新技术出奇地出色，可以应用于一系列玻璃材料加工中，以改善其他类型的光学组件。” “通过进一步改进以限制光损失，这种新方法可能会取代传统的基于车床的二氧化硅光纤制造方法。这不仅可以减少制造和材料成本，而且还可以减少培训和危害，因此可以降低人工成本。”

研究人员有兴趣与一家主流的商业纤维制造公司合作，以改进该技术并使之商业化。他们还计划探索通过针对不同应用进行优化来加快3-D打印的其他方法。