Fotonika jest jednym z tych zagadnień naukowych, które ma być kolejnym przełomem technologicznym po rewolucji, jaką zawdzięczamy elektryce i elektronice. Tu jednak, zamiast opierać się na elektronach, fotonika zajmuje się wytwarzaniem i kontrolowaniem światła, a co za tym idzie podstawą jej działania, są właśnie fotony. Jak fotonika wpłynie na rozwój technologiczny? Zakłada się, że zrewolucjonizuje medycynę, a także usprawni oszczędzanie i przetwarzanie energii. 

W rozwoju fotoniki ma pomóc nowatorska metoda druku 3D ze szkła. Dzięki niej możliwe stanie się drukowanie struktur szklanych na taką skalę i o takiej złożoności, jaka do tej pory nie była spotykana. Co więcej, druk ma pozwolić na dostosowanie właściwości optycznych takiego szkła.

Wspomniana metoda została opracowana przez Glassomer GmbH i Nanoscribe GmbH, pod kierunkiem profesora Bastiana Rappa z Uniwersytetu we Freiburgu i dyrektora NeptunLab. Ich projekt OptoGlass3D finansowany jest z budżetu ATTRACT — inicjatywy środowisk badawczych, która ma na celu opracowywanie nowych technologii w zakresie wykrywania i obrazowania. Sam ATTRACT czerpie środki z unijnego programu Horyzont 2020.

Drukowanie szkła metodą SLA

Już w 2017 roku naukowcy z Karlsruhe Institute of Technology (KIT) opracowali metodę druku szkła metodą SLA. Jako filamentu użylu fotoutwardzalnego polimeru zawierającego szklany nanoproszek, co pozwoliło drukowanie w temperaturze pokojowej i tworzenie obiektów cechujących się właściwościami optycznymi, składowymi i powierzchniowymi porównywalnymi z topionymi szkłami krzemionkowymi.

Badania te zostały opisane w 2018 roku, a prowadzący je Frederik Kotz i Bastian Rapp założyli wspólnie wcześniej wspomnianą spółkę Glassomer, która miała produkować i dostarczać materiały umożliwiające druk 3D szkła w taki sam sposób, jak ma to miejsce przy druku z polimerów. Co więcej, rok później wygrali konkurs Formnext 2019 Start-Up Challenge właśnie za materiał pozwalający na druk szkła w dowolnym kształcie o właściwościach komercyjnych szkieł topionych z rozdzielczością dziesiątek mikrometrów.

Optyka nowej generacji

Jak twierdzi Kotz, ich materiał daje takie same możliwości druku co polimery, a przy tym jest przeźroczysty i odporny na ekstremalne temperatury czy chemikalia. Wysoka przeźroczystość drukowanego materiału jest niezwykle ważna w optycznym przetwarzaniu danych, ale także w technologiach laserowych, które wymagają materiałów żaroodpornych.

Proces druku składa się z dwóch etapów. Najpierw drukuje się w 3D kompozyt, a następnie podgrzewa i piecze go w temperaturach 600°C i 1300°C. Dzięki temu staje się w pełni przeźroczysty, nieporowaty i jednolity.

Kolejnym krokiem jest współpraca z Nanoscribe. W ramach projektu OptoGlass3D mają zostać opracowane materiały do druku dwufotonowego (2PP) oraz późniejsza ich komercjalizacja. Produktem końcowym ma być LiguidGlass, który można ustrukturyzować w procesie 2PP. Procesy opracowywane przez naukowców pozwolą produkować szkła optyczne o regulowanych właściwościach optycznych — na przykład ustalając współczynnik załamania światła w zakresie od 1.46 do 1.50.

Dotychczasowe osiągnięcia, a także zapowiedzi w ramach projektu OptoGlass3D napawają optymizmem. Komercjalizacja tych rozwiązać może okazać się przełomowa zwłaszcza w kontekście optyki nowej generacji, ale także czujników, obrazowania czy urządzeń mikroprzepływowych.

Źródło:
https://3dprint.com/272733/3d-printed-glass-enables-next-gen-sensing-imaging-and-photonics/