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UpNanoGmbH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GlassomerGmbH(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2PP3D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(SiO2)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MarkusLunzer解释道。“第一步是利用2PP3D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SiO2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2PP3D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SiO2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2PP3D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2PP3D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以及具有(亚)微米分辨率的钨和铂微结构，实现了2PP3D打印领域的一个重要里程碑。

通过2PP3D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2PP3D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2PP3D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2PP3D打印机。

UpNano首席执行官BernhardKüenburg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。”