3Dプリント透明ガラス、SLA技術のバリエーション

最近、クマ好きの人が南極クマに、世界最高のインパクトファクターを持つ学術誌「ネイチャー」に新しい技術が掲載されたというニュースを伝えた。光硬化型3Dプリント技術を使い、二酸化ケイ素と感光性材料を混ぜて形に印刷し、脱脂して焼成すると透明なガラスが生成される。
この技術的なプロセスルートは、間違いなく現在の光学ガラスおよび一般ガラス産業に大きな影響を与えるでしょう。
詳細な技術的プロセスについては以下をご覧ください。

ドイツのカールスルーエ工科大学は、ガラス 3D 印刷技術において、最近、新たな画期的な進歩を遂げました。新しいナノ複合材料を使用し、最も一般的な光硬化型 (SLA) 3D プリンターを使用して、透明で耐熱性と耐衝撃性に優れた高品質のシリカガラスを印刷したのです。さらに良いことに、これらのメガネは極めて複雑な形状と非常に小さなサイズを持つことができます。以下、Antarctic Bear が詳しく紹介します。

前述したように、この画期的な進歩の最も重要な部分は、新しいナノ複合材料の使用です。この材料は、平均直径40ナノメートルの非晶質二酸化ケイ素（石英）粒子と紫外線硬化型液体ポリマーで構成されており、波長365ナノメートルで光透過率が最大66％に達すると報告されている。これに対し、一般的な鋳造ナノ複合材料ではわずか 4% です。

実際のところ、製造プロセス全体はそれほど複雑ではありません (下の図を参照)。
① SLA技術でガラスのプロトタイプを印刷する
②試作品を1300℃の高温で焼結・脱脂し、バインダー（ガラス以外の成分）を除去して最終製品である透明シリカガラスを得る。

この 3D プリントガラスには、気孔がなく、表面が滑らかで、透明性が高く、熱膨張係数が低く、耐熱性、耐衝撃性があるなど、多くの利点があります。そしてそれらはすべて、伝統的な方法で作られたガラスに匹敵します。

▲耐熱テスト：炎温度は800℃
下の画像は焼結ガラスとこの高解像度ナノ複合材料の特性を示しています。そのうち、a)はX線光電子分光法、b)はラマンスペクトル（従来のガラスとの比較）、c)左はUV可視光透過率（従来のガラスとの比較）、c)右は鋳造ナノコンポジットとこの新しいSLAナノコンポジットです。

SLA 技術自体の印刷精度は非常に高いため、これらのガラス製品の形状は非常に複雑になり、サイズも非常に小さくなる可能性があります。さらに、原材料に金属を加えると、これらのガラス製品はさまざまな色を持つことができます。

▲テキスト（左）とプレッツェル（右）、スケールバーは5mm

▲ 城門（左、スケールバー 270 ミクロン）、一般的なマイクロ流体チップ（右、スケールバー 200 ミクロン）

▲微小光学回折構造（左、スケールバー100ナノメートル）、マイクロレンズ（右、スケールバー100ナノメートル）

▲顕微鏡で拡大すると、明らかな層の痕跡が見られます（層の厚さ20ミクロン）
カールスルーエ工科大学は、この方法は将来、スマートフォンに必要な複合レンズや次世代マイクロプロセッサの部品の製造に利用できる可能性があると述べた。しかし、実際には、その応用範囲はそれ以上に広く、ガラス装飾から建築物まで、さまざまな複雑な形状のガラスパネルの製造に使用できます。
実際、アンタークティックベアの見解では、この研究の最大の意義は、光硬化（SLA）技術を使用したガラス印刷の実現にあります。これは、材料の主成分がセラミックではなくガラスに置き換えられていることを除けば、しばらく前から存在するセラミックの光硬化（SLA）印刷に似ています。現在、他のほぼすべてのガラス 3D プリントでは、ガラスフィラメントを 1000℃ の高温で溶かし、押し出して、最後に層ごとに積み重ねて 3D エンティティにする FDM テクノロジが使用されていることを知っておく必要があります。 SLA は現在かなり成熟しており、その人気は FDM に次ぐものです。したがって、材料の問題が解決されれば、ガラスの SLA 印刷は大規模に普及し、ガラス製造業界を完全に変えることができます。
Antarctic Bear は現在、この研究に関する論文を入手しています。ご興味がございましたら、メールアドレスを残して Antarctic Bear に問い合わせてください。

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